International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.9
no.4
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pp.475-486
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2015
Mode II fracture toughness ($K_{IIc}$) of fiber reinforced concrete (FRC) has been widely investigated under various patterns of test specimen geometries. Most of these studies were focused on single type fiber reinforced concrete. There is a lack in such studies for hybrid fiber reinforced concrete. In the current study, an experimental investigation of evaluating mode II fracture toughness ($K_{IIc}$) of hybrid fiber embedded in high strength concrete matrix has been reported. Three different types of fibers; namely steel (S), glass (G), and polypropylene (PP) fibers were mixed together in four hybridization patterns (S/G), (S/PP), (G/PP), (S/G/PP) with constant cumulative volume fraction ($V_f$) of 1.5 %. The concrete matrix properties were kept the same for all hybrid FRC patterns. In an attempt to estimate a fairly accepted value of fracture toughness $K_{IIc}$, four testing geometries and loading types are employed in this investigation. Three different ratios of notch depth to specimen width (a/w) 0.3, 0.4, and 0.5 were implemented in this study. Mode II fracture toughness of concrete $K_{IIc}$ was found to decrease with the increment of a/w ratio for all concretes and test geometries. Mode II fracture toughness $K_{IIc}$ was sensitive to the hybridization patterns of fiber. The (S/PP) hybridization pattern showed higher values than all other patterns, while the (S/G/PP) showed insignificant enhancement on mode II fracture toughness ($K_{IIc}$). The four point shear test set up reflected the lowest values of mode II fracture toughness $K_{IIc}$ of concrete. The non damage defect concept proved that, double edge notch prism test setup is the most reliable test to measure pure mode II of concrete.
In this research, three-point bending tests were performed using a rectangular frozen specimen with various fine contents and notch offset distance from the center of the specimen to investigate the fracture characteristic of the frozen sand. Based on the test results, mode I fracture toughness was calculated, and mixed-mode (mode I + II) fracture characteristics were investigated using the fracture energy which was calculated until the maximum point of the load-displacement curve. As the fine contents increase, the peak load and mode I fracture toughness increase until 10% fine contents. Furthermore, as the notch offset distance increases, the fracture energy required for crack start also increases due to the increase in mode II load at the crack tip.
This study presents a newly suggested test method of Mode II fracture toughness measurement called "Punch Through Shear Test" which was originally proposed by Backers and Stephansson in 2001. The purpose of this study is to check the validity of the suggested testing method by performing Mode II fracture toughness tests for Daejeon Granite. In addition, the optimal specimen geometry for the testing and the relation between Mode II fracture toughness and confining pressure were also investigated. Fractured surface was observed to be very smooth with lots of rock debris which came off fracture surface which obviously implies that the surface was sheared off. This confirms that Mode II fracturing actually occurred. In addition, numerical analyses including continuum analysis, particle flow code analysis and crack propagation simulations were performed. Results of these numerical analyses indicated that the cracks occurred in the specimen were predominantly in Mode II and these cracks led to failure of the test specimen. From this investigation, it can be concluded that the newly suggested "Punch Through Shear Test" method provides a reliable means of determining the Mode II fracture toughness. fracture toughness.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.4
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pp.1263-1274
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1996
In this paper, as elastic-plastic fracture toughness test under mixed mode loading was proposed using a single edge-cracked specimen subjected to bending moment(M), shearing force(F), and twisting moment(T). The J-integral of a crack in the specimen is expressed in the form J=$J_I$+ $J_II$$J_III$, where $J_I$, $J_II$ and $J_III$ are the components of mode I, mode II and mode III deformation, respectively. $J_I$, $J_II$ and $J_III$ can be estimated from M-$\theta$ ($\theta$;crack opening angle), F-U(U; crack shear displacement) and T-$\alpha$ ($\alpha$;crack twisting angle). In order to obtain the the M<-TEX>$\theta$, F-U and T-$\alpha$ diagram inreal time, a new deformaiton gage for mixed mode loading was proposed using the optical position sensing device(PSD). The elastic-plastic fracture toughness test was carried out with an aluminum alloy. The loading apparatus was designed and manufactured for this experiment. For the loading condition of the crack initatio in the mixed mode, the MMT -3(mode I+ mode II+ mode III) has the lowest values out of the all specimens. This implies that MMT-3 is possible of the crackinitation at lower load, if the specimen acts on together with the torque under the same loading condition. An elastic-plastic fracture toughness test using the PSD brings a successful experimentation in measuring the crack deformation(mode I+ mode II+ mode III).
Rock fracture mechanics has been widely applied to various fields of rock and civil engineering. But most researches covered mode I behavior, though mode II behavior is dominant in rock engineering. Until now, there is only one ISRM suggested method for mode II toughness of rock. A new SCC (Short Core in Compression) mode II toughness test method was developed considering 1) application of confining pressure, 2) easiness of notch creation, 3) utilization of existing equipment, 4) simple test procedure. The stress intensity factors were determined by 3D finite element method considering line and distributed loading conditions. The tests with granite specimens were carried out using MTS 815 rock test system with a loading rate of 0.002 mm/s. The mean value of mode II fracture toughness of granite showed $2.33MPa{\sqrt{m}}$. Mode I toughness of the same granite was $1.12MPa{\sqrt{m}}$, determined by Brazilian disk test and $K_{IIC}/K_{IC}=2.08$. The smooth fracture surface with rock powder formation also supported mode II behavior of SCC method. The SCC method can be used for the determination of mode II fracture toughness of rocks based on the current results.
Cracking at low temperatures is one of the frequently observed modes of failure in asphalt concretes. In this investigation, fracture tests were performed on cracked asphalt concrete subjected to pure mode I and pure mode II loading at different subzero temperatures. An improved semi-circular bend (SCB) specimen containing a vertical crack was used to conduct the experiments. The SCB specimens produced from the gyratory compacted cylindrical samples were compressively loaded, and critical stress intensity factors, $K_{If}$ and $K_{IIf}$, were then calculated using peak loads obtained from the tests. The experimental results showed that with decreasing the temperature, mode I and mode II critical stress intensity factors increased first but below a certain temperature they both decreased. It was also found that at a fixed temperature, the mode II fracture resistance of the asphalt concrete was higher than its mode I fracture resistance.
Mode II interlaminar fracture behaviors of carbon fabric/epoxy composites, which are applicable to tilting train carbodies, was investigated by the ENF (End notched flexure) test. The specimens were made of CF3327 plain woven fabric with epoxy and a starter delamination at one end was made by inserting Teflon film with the thickness of 12.5$mu$m or 25.0$mu$m. The equation for mode II interlaminar fracture toughness was suggested based on the effective crack length from the compliance of load-displacement curve. Mode II interlaminar fracture toughness was evaluated for several types of the specimens. Also crack propagating behaviors and fracture surfaces were examined through an optical travelling scope and a scanning electron microscope.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.11
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pp.1829-1834
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2001
The aim of this study is to investigate the ductile fracture behavior under mixed mode (I/II) loading using SA533B pressure vessel steel. Anti-symmetric 4-point (AS4P) bonding tests were performed to obtain the J-R curves under two different mixed mode (I/II) loadings. In addition, the fractographic examination of fracture surfaces was carried out to compare with those of pure Mode I and Mode II. In conclusions, the J-R curves under Mixed Mode (I/II) loading were located between those of Mode I and Mode II loadings. When the mixture ratio of mixed mode (I/II) loading was high, the J-R currie of mixed mode (I/II) loading approached that of pure mode I loading after some amount of crack propagation. In contrast with the above fact, if the mixture ratio was low, the J-R curve looked after that of pure mode II loading. The fractographic evidences such as the shape of dimples under different loading conditions supported these conclusions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.10
no.2
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pp.198-207
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1986
This study investigates interlaminar fracture characteristics of Graphite/Epoxy composite (HFG Graphite/Epoxy) under mode I (opening mode), mode II (sliding mode) and mixed mode loading conditions. The effects on interlaminar fracture toughness due to different fiber orientations on the crack surface are also investigated. The antisymmetric test fixture proposed by M. Arcan is used for this test. Both critical stress intensity foctors and critical energy release rates were determined and several mixed mode fracture criteria were compared to the experimental data. Also fracture surfaces were investigaed to obtain informations on the fracture behaviors of Graphite/Epoxy composite by means of a scanning electron microscope(SEM).
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.15
no.6
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pp.547-557
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2013
The mode II fracture toughness and strength due to shear stress are important parameters in the stability of caprock and injection zone with application to geological sequestration of carbon dioxide. In this research, a short beam compression test has been used to determine the shear strength and the mode II fracture toughness for Coconino sandstone. The average value of the shear strength and mode II fracture toughness are estimated to be 23.53 MPa and 1.58 MPa${\surd}$m respectively. The stress intensity factor is suggested by finite element analysis using the displacement extrapolation method. The effect of biaxial stress and water saturation on the fracture toughness has also been investigated. The fracture toughness increases with confining stresses, but decreases by 11.4% in fully saturated condition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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