The mode II interlaminar fracture toughness was evaluated for CFRP laminates with different types of nonwoven tissues and the source of increased mode II interlaminar fracture toughness was examined by SEM analysis in this paper. The interlaminar fracture toughness in mode II is obtained by an end notched flexure test. The experiment is performed using three types of non-woven tissues: 8 $g/m^2$ of carbon tissue, 10 $g/m^2$ of glass tissue, and 8 $g/m^2$ of polyester tissue. On the basis of the specimen with no non-woven tissue, interlaminar fracture toughness on mode II at specimens inserted with non-woven carbon and glass tissues and polyester tissues increases as much as 166.5% and 137.1% and 157.4% respectively. The results show that mode II interlaminar fracture toughness of CFRP laminates inserted with nonwoven tissues increased due to the fiber bridging, fiber breakage, and hackle etc. by SEM analysis.
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) bending tests were performed to obtain the J-R curves under two different mixed mode (I/II) loadings. In addition, finite element analysis using Rousselier Ductile Damage Theory was carried out to predict the J-R curves under mixed mode (I/II) loadings. In conclusions, the J-R curves under. Mixed Mode (I/II) loading were located between those of Mode I and Mode II loading. When the mixity of mixed mode (I/II) loading was high, the J-R curve 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 mixity was low, the J-R curve took after that of pure mode II loading. Finally, it was found that the predicted J-R curves made a good agreement with the test data through the tuning procedures of $\beta$ values at the different mixed mode (I/II) loading.
Rock fracture mechanics has been widely applied to blasting, hydraulic fracturing, rock slope and many other practical problems in rock engineering. But a measuring method for the fracture toughness of rock, one of the mort important parameters in fracture mechanics as an intrinsic property of rock, has not been yet well established. To obtain mode I rock fracture toughness, the more favorable disc-typed specimens such as CCNBD, SCB, chevron-notched SCB and BDT were used in this study. Rock fracture toughness under mixed-mode and mode II conditions was measured by using the STCA applied to the CCNBD specimen. Size effects such as specimen thickness, diameter and notch length on fracture toughness were investigated. From the mixed-mode results, fracture envelops were obtained by applying various regression curves. The mixed-mode results were also compared with three mixed-mode failure criteria. In each fracture toughness test, acoustic emission was measured to get the data for determining the load levels of different crack propagation patterns.
Blades of horizontal axis are nowadays made of composite materials. Generally, composite materials satisfy design provides lower weight and good stiffness, while laminate composites have often damages as like the delamination and cracks at the interface of laminates. The box spar and tail parts of a blade are composed of the CFRP/GFRP hybrid laminate composites. However, delamination and the interfacial crack often occur in the interface of CFRP/GFRP hybrid laminate composites under the mixed mode fracture condition, especially mode I and mode II. Therefore, there is a need for the evaluation of the mixed mode fracture behavior during the delamination of CFRP/GFRP hybrid laminates. This study shows the experimental results for the delamination fracture toughness in CFRP/GFRP hybrid laminate composites. Fracture toughness experiments and estimation are performed by using DMMB(Dissimilar mixed mode bending) specimen. The materials used in the test are a commercial woven type CFRP(Carbon fiber reinforced plastic) prepreg(CF3327) and UD type GFRP(Glass fiber reinforced plastic) prepreg(HD224A). A CFRP/GFRP hybrid laminate composite is composed by the 10 plies CFRP and GFRP prepreg for DMMB. A thickness of CFRP and GFRP layer is 2.5mm and 3.0mm, respectively. Also the fulcrum location which is a loading parameter is changed from 80 to 100mm on the specimen of length 120mm because it defines the ratio of mode I to mode II. In this study, the effects of the fulcrum location are evaluated in the viewpoint of energy release rate in mode I and mode II contribution. The results show that the delamination crack initiates at higher displacement and lower load according to the increase of the fulcrum location ratio. And the variation of the energy release rate for mode I and II contributions for the mode mixity are shown.
Kim, Ji-Hoon;Jeong, Tae-Hoon;Lee, Hyun;Yang, In-Young;Cho, Gyu-Jae;Sim, Jae-Ki
Journal of the Korean Society of Safety
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v.15
no.4
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pp.1-7
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2000
In this paper, an investigation was performed on the ModeII dynamic interlaminar fracture toughness of unidirectional CFRP laminates. The stacking sequences used in this experiment are two kinds of [$0_20$] and [$0_{10}F_20_{10}$]. In the experiments, Split Hopkinson's Bar test was applied to dynamic and notched flexure test. The Mode II fracture toughness of each unidirectional CFRP was estimated by the analyzed deflection of the specimen and J-Integral with the measured impulsive load and reactions at the supported points. As an experimental results, the specimen [$0_{10}F_20_{10}$] appears greater than that of [$0_20$] for the J-integral and displacement velocity at a measuring point within the range of experiment.
Unidirectional Carbon Fiber Reinforced Plastics (CFRP) are advanced materials which combine the characteristics of the light weight, high stiffness and strength. For those reasons, the use of the unidirectional CFRP has increased in jet fighters, aerospace structures. However, unidirectional CFRP composites have a lot of problems, especially delamination, compared with traditional materials such as steels and aluminums, and so forth. Therefore, the interlaminar fracture toughness for a laminate CFRP composite is very important. In this study, The mode II interlaminar fracture toughness was measured by using center notched flexure(CNF) test specimen. The CNF specimens using unidirectional carbon prepreg were fabricated by a hot-press with the gage pressure and temperature controller. And three kinds of a/L ratio was applied to these specimens. Here, we discuss the relations of the crack growth and the mode II interlaminar fracture under the four point bending CNF test. From the results, we shows that mode II interlaminar was occurred when the more $a_0$/L ratio, the less load. And $G_{IIC}$ also were obtained as 5.33, 2.9 and $0.58kJ/m^2$ according to $a_0$/L ratio=0.2, 0.3 and 0.4.
This study investigates a new method of using a concrete disk to calculate stress intensity factor (SIF) for mixed mode cases. The results indicate that the disk method is more accurate than three point bending test (TPB) in obtaining correct SIF values for mixed mode fracture propagation. Stress intensity factors $K_{I}$ and $K_{II}$ are calculated using a center notched disk subjected to splitting load. The notch angle is calculated by finite element (FEM). Fracture toughness $K_\textsc{k}$ of the concrete is obtained from the load intensities at the initiation of crack propagation. According to the finite element analysis(FEA) and disk test, the results show that mode I and mixed mode cracks propagate toward the directions of crack face and loading point, respectively. The results from FEA with maximum stress theory compare well with the experimental date. Unlike TPB method where an accurate fracture toughness value is difficult to obtain due to the irregular shape of load deflection curve and delayed final crack propagation (following slow stable cracking). fracture toughness value is easily measured in the disk test from the crack initial load. Therefore, it is safe to conclude that disk method is more advantageous than TPB method in analyzing combined mode fracture problems.
Mode II fracture toughness, $K_{IIC}$, of single-ply triaxially woven fabric (TWF) composite due to tow waviness and anisotropy effects were numerically and experimentally studied. The numerical wavy beam network model with anisotropic material description denoted as TWF anisotropic was first validated with experimental Mode II fracture toughness test employing the modified compact tensile shear specimen configuration. 2D planar Kagome and TWF isotropic models were additionally constructed for various relative densities, crack lengths, and cell size parameters for examining effects due to tow waviness and anisotropy. $K_{IIC}$ generally increased with relative density, the inverse of cell size, and crack length. It was found that both the waviness and anisotropy of tow inflict a drop in $K_{IIC}$ of TWF. These effects were more adverse due to the waviness of tow compared to anisotropy.
Lee Eun Dong;Yoon Sung Ho;Shin Kwang Bok;Jeong Jong Cheol
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2004.10a
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pp.189-192
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2004
In this study, mode II interlaminar fracture phenomena of carbon fabric/epoxy composite for tilting train were investigated. The end notched flexural specimen containing an artificial crack with the thickness of 12.5fl11l was used. The mode II interlaminar fracture toughness was evaluated through a three point bending test and the fractured surfaces were examined through a scanning electron microscope. The experimental results obtained in this study would be applicable in the design and structural analysis of the composite structures.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.2
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pp.289-295
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2001
The aim of this study is to investigate the ductile fracture behaviour under pure Mode II loading using A533B pressure vessel steel. Single punch shear(SPS) test was performed to obtain the J-R curve under pure Mode II loading which was compared with that of the Model I loading. Simulation using Rousellier Ductile Damage Theory(RDDT) was carried out with 4-node quadrilateral element(L(sub)c=0.25mm). For the crack advance, the failed element removal technique was adopted with a $\beta$ criterion. Through the $\beta$ value tuning-up procedures, $\beta$(sub)crit(sup)II was determined as 1.5 in contrast with $\beta$(sub)crit(sup)I=5.5. In conclusion, it was found that the J-R curve under Mode II loading was located at lower part than that under Mode I loading obtained from the previous study and that the $\beta$ values strongly depended on the loading type. In addition, the predicted result using RDDT showed a good agreement with the SPS experimental one under pure Mode II loading.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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