Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.23
no.11
s.170
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pp.1886-1895
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1999
The delamination behavior of multidirectional carbon-fiber/epoxy composite laminates under 10NA intermediate and high rates of test, up to rate of about 11.4m s has been investigated using the double cantilever beam specimens. The mode I loading under rates above l.0m/s showed considerable dynamic effects on the load-time curves and thus higher values of the average crack velocity than that expected from a simple proportional relationship with the test rate. The modified beam analysis utilizing only the opening displacement and crack length exhibited an effective means for evaluating the dynamic fracture energy $G_{IC}$. Based on the assumption of constant flexural modulus, values of $G_{IC}$ at the crack initiation and arrest were decreased with an increase of the test rate up to 5.7m/s, but the maximum $G_{IC}$ was increased at 11.4m/s.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.33
no.4
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pp.533-538
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2009
The magnitude of constraint effect $A_2$ values on the non-linear elastic plastic fracture toughness was experimentally estimated by using displacement at various measuring positions near crack tip. Constraint effect $A_2$ value was dependent on specimen configuration and on the measured displacement near crack front. The crack tip opening displacement in the vicinity of the crack tip front should be estimated within plastic region when appropriately constraint effect was calculated. It was found that the magnitude of constrain effect |$A_2$| is below 8.0 at the crack tip. But an appropriate location to measure the effective constraint effects $A_2$ at the critical value of J that crack initiation is characterizable by is r = 2mm and ${\theta}=90^{\circ}$ away from original crack tip, and the constraint effect |$A_2$| estimated is 5.3.
While the classical theory of Griffith is the foundation of modern understanding of brittle fracture, it has a number of significant shortcomings: Griffith theory does not predict crack initiation and path and it suffers from the presence of unphysical stress singularities. In 1998, Francfort and Marigo presented an energy functional minimization method, where the crack (or its absence) as well as its path are part of the problem's solution. The energy functionals act on spaces of functions of bounded variations, where the cracks are related to the discontinuity sets of such functions. The new model presented here uses modified energy functionals to account for molecular interactions in the vicinity of crack tips, resulting in Barenblatt cohesive forces, such that the model becomes free of stress singularities. This is done in a physically consistent way using recently published concepts of Sinclair. Here, for the consistency of the model, it becomes necessary to allow for crack reversibility and to consider local minimizers of the energy functionals. The latter is achieved by introducing different time scales. The model is solved in its global as well as in its local version for a simple one-dimensional example, showing that local minimization is necessary to yield a physically reasonable result.
To study the effect of stereoisomeric structures of curing agents on curing behaviors, thermal and mechanical properties of epoxy resins, DGEBA(diglycidyl ether of bisphenol A) epoxy resin and 3,3'- and 4,4'-DDS(diaminodiphenyl sulfone) curing agents were selected. The curing initiation temperature and activation energy of DGEBA/3,3'-DDS was lower than DGEBA/4,4'-DDS. DGEBA/3,3'-DDS has a faster curing rate and higher degree of cure than DGEBA/4,4'-DDS, suggesting that 3,3'-DDS has higher reactivity than 4,4'-DDS. Tensile strength and fracture toughness of DGEBA/3,3'-DDS was lower than those of DGEBA/4,4'-DDS, indicating that mechanical properties of the epoxy resin can be different only by the stereoisomeric difference in chemical structure of the curing agent.
In spite of progress in predicting ductile failure, the development of a macroscopic yield criterion to describe damage evolution in HCP (hexagonal close-packed) materials remains a challenge. HCP materials display strength differential effects (i.e., different behavior in tension versus compression) in their plastic response due to twinning. Cazacu and Stewart(2009) developed an analytical yield criterion for porous material containing randomly distributed spherical voids in an isotropic, incompressible matrix that shows tension-compression asymmetry. The goal of the calculations in this paper is to investigate the effect of the tension-compression asymmetry on necking induced by void nucleation, evolution and consolidation. In order to investigate the effect of the tension-compression asymmetry of the matrix on necking and fracture initiation, three isotropic materials A, B, and C were examined with different ratios of tension-compression asymmetry. The various types of material had BCC, FCC, and HCP crystal structures, respectively. The ratio between tension and compression in plastic flow significantly influences the fracture shape produced by damage propagation as well as affecting the localized neck.
An, Gyu-Baek;Ryu, Kang-Mook;Park, Joon-Sik;Jeong, Bo-Young;Kim, Tae-Su;Lee, Jong-Sub
Journal of Welding and Joining
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v.28
no.1
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pp.47-53
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2010
In recent time there is vigorous requirement for the use of thick steel plate in various industrial fields including shipbuilding industry. Especially, with the continual increases in marine transportation volumes on a global scale, the steel of container ships has become thicker and thicker with the increased size of ships. In addition, the brittle crack arrestability of heavy thick plates was big issue, in recently. In this study, crack arrest test were conducted in order to investigate the crack arrestability of thick plates for shipbuilding steels, where test plate thicknesses were 50mm and 80mm. This paper introduces the brittle crack arrestability of heavy thick plates with thickness effect for shipbuilding.
To better understand the fundamental problems of the true micro-damage in medium-grained granite under uniaxial compressive stress, micro-damage localization, initiation and propagation have been observed in a great detail in contact portion of two grains such as quartz and feldspar. For this purpose, new experimental system allowing us to observe the micro-damaging process continuously was developed. Earlier studies used the specimens of unloaded state and it is difficult to visualize stress-induced microcracks under unloading state. Thus, direct observation under loading state is very important for understanding the true micro-damage process. The results explain well the mechanism of micro-damage at two grains, and mechanics of the micro-damage is clarified well by Hertzian fracture mechanics.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2009.03a
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pp.58-63
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2009
Biaxial compression test was conducted on a transversely isotropic synthetic jointed rock model for the understanding of the fracture behaviors of a sedimentary or metamorphic rocks with well developed bedding or foliation in uni-direction. The joint angles employed for the model are 30, 45, and 60 degrees to the horizontal, and the synthetic rock mass was made of early strength cement. From the biaxial compression test, initiation propagation of tensile cracks at norm to the joint angle was found. The propagated tensile cracks eventually developed rock blocks, which was dislodged from the rock mass. Furthermore, the propagation process of the tensile cracks varies with joint angle: lower joint angle model shows more stable and progressive tensile crack propagation. The experiment results were validated from the simulation by using discrete element method PFC 2D. From the simulation, as has been observed from the test, a rock mass with lower joint angle produces wider damage region and rock block by tensile cracks. In addition, a rock model with lower joint angle shows a progressive tensile cracks generation around the opening from the investigation of the interacted tensile cracks.
On mesoscopic level, concrete can be treated as a three-phase composite material consisting of mortar, aggregates and interfacial transition zone (ITZ) between mortar and aggregate. A lot of research has confirmed that ITZ plays a crucial role in the mechanical fracture process of concrete. The aim of the present study is to propose a numerical method on mesoscale to analyze the failure mechanism of reinforced concrete (RC) structures under mechanical loading, and then it will help precisely predict the damage or the cracking initiation and propagation of concrete. Concrete is meshed by means of the Rigid Body Spring Model (RBSM) concept, while the reinforcing steel bars are modeled as beam-type elements. Two kinds of RC members, i.e. subjected to uniaxial tension and beams under bending, the fracture process of concrete and the distribution of cracks, as well as the load-deflection relationships are investigated and compared with the available test results. It is found that the numerical results are in good agreement with the experimental observations, indicating that the model can successfully simulate the failure process of the RC members.
The mechanical damage of concrete is normally attributed to the formation of microcracks and their propagation and coalescence into macroscopic cracks. This physical degradation is caused from progressive and hierarchical damage of the microstructure due to debonding and slip along bimaterial interfaces at the mesoscale. Their growth and coalescence leads to initiation of hairline discrete cracks at the mesoscale. Eventually, single or multiple major discrete cracks develop at the macroscale. In this paper, from this conceptual model of mechanical damage in concrete, the computational efforts were made in order to characterize physical cracks and how to quantify the damage of concrete materials within the laws of thermodynamics with the aid of interface element in traditional finite element methodology. One dimensional effective traction/jump constitutive interface law is introduced in order to accommodate the normal opening and tangential slips on the interfaces between different materials(adhesion) or similar materials(cohesion) in two and three dimensional problems. Mode I failure and mixed mode failure of various geometries and boundary conditions are discussed in the sense of crack propagation and their spent of fracture energy under monotonic displacement control.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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