In this study, model for arrest toughness is proposed in consideration of fracture behavior of composite materials. Also, the probabilistic model is proposed to describe the variability of arrest toughness due to the nonhomogeneity of material. For these models. experiments were conducted on the Carbon/Epoxy composite plates with various thickness using the impact hammer. The elastic work fatter used in J-Integral is applicable to the evaluation of energy release rate. The fracture behavior call be described by crack arrest concept and the arrest toughness is independent of the delamination size. Additionally, a probabilistic characteristics of arrest toughness is well described by the Weibull distribution function. An increasing of thickness raises a variation of arrest toughness.
Characteristics of nanocrystalline materials are known substantially dependent on the microstructure such as grain size, crystal orientation, and grain boundary. Thus it is desired to have systematic characterization methods on the various nanomaterials with complex geometries, especially in low dimensional nature. One of the interested nanomaterials would be a pure two-dimensional material, graphene, with superior mechanical, thermal, and electrical properties. In this study, mechanical properties of "polycrystalline" graphene were numerically investigated by molecular dynamics simulations. Subdomains with various sizes would be generated in the polycrystalline graphene during the fabrication such as chemical vapor deposition process. The atomic models of polycrystalline graphene were generated using Voronoi tessellation method. Stress strain curves for tensile deformation were obtained for various grain sizes (5~40 nm) and their mechanical properties were determined. It was found that, as the grain size increases, Young's modulus increases showing the reverse Hall-Petch effect. However, the fracture strain decreases in the same region, while the ultimate tensile strength (UTS) rather shows slight increasing behavior. We found that the polycrystalline graphene shows the reverse Hall-Petch effect over the simulated domain of grain size (< 40 nm).
LEE JI-HOON;RHEE KYONG-YOP;KIM HYEON-JU;JUNG DONG-HO
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2004.11a
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pp.225-227
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2004
The compressive characteristics of thick carbon/epoxy composite in a submarine environment was investigated in this study. The specimens made of thick carbon fiber/epoxy composite that were immersed into seawater Jar thirteen months. the seawater content at saturation was about $1.2\%$ of the specimen weight. Compressive tests have been performed in different hydrostatic pressures of 0.1 MPa, 100 MPa, 200 MPa, and 270 MPa. The results showed that the compressive elastic modulus increased about $12.3\%$ as the hydrostatic pressure increased from 0.1 MPa to 200 MPa. The results also showed that compressive fracture strength increased $28\%$ and compressive fracture strain increased $8.5\%$ as the hydrostatic pressure increased from 0.1 MPa to 270 MPa.
Jung-Wook Park;Chan-Hee Park;Li Zhuang;Jeoung Seok Yoon;Changlun Sun;Changsoo Lee
Tunnel and Underground Space
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v.33
no.3
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pp.189-207
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2023
In the present study, the thermoshearing experiment on a rough rock fracture were modeled using a three-dimensional grain-based distinct element model (GBDEM). The experiment was conducted by the Korea Institute of Construction Technology to investigate the progressive shear failure of fracture under the influence of thermal stress in a critical stress state. The numerical model employs an assembly of multiple polyhedral grains and their interfaces to represent the rock sample, and calculates the coupled thermo-mechanical behavior of the grains (blocks) and the interfaces (contacts) using 3DEC, a DEM code. The primary focus was on simulating the temperature evolution, generation of thermal stress, and shear and normal displacements of the fracture. Two fracture models, namely the mated fracture model and the unmated fracture model, were constructed based on the degree of surface matedness, and their respective behaviors were compared and analyzed. By leveraging the advantage of the DEM, the contact area between the fracture surfaces was continuously monitored during the simulation, enabling an examination of its influence on shear behavior. The numerical results demonstrated distinct differences depending on the degree of the surface matedness at the initial stage. In the mated fracture model, where the surfaces were in almost full contact, the characteristic stages of peak stress and residual stress commonly observed in shear behavior of natural rock joints were reasonably replicated, despite exhibiting discrepancies with the experimental results. The analysis of contact area variation over time confirmed that our numerical model effectively simulated the abrupt normal dilation and shear slip, stress softening phenomenon, and transition to the residual state that occur during the peak stress stage. The unmated fracture model, which closely resembled the experimental specimen, showed qualitative agreement with the experimental observations, including heat transfer characteristics, the progressive shear failure process induced by heating, and the increase in thermal stress. However, there were some mismatches between the numerical and experimental results regarding the onset of fracture slip and the magnitudes of fracture stress and displacement. This research was conducted as part of DECOVALEX-2023 Task G, and we expect the numerical model to be enhanced through continued collaboration with other research teams and validated in further studies.
Once assessment of material failure characteristics is captured precisely in a unified way, it can bedirectly incorporated into the structural failure assessment under various loading environments, based on the theoretical backgrounds so called Local Approach to Fracture. The aim of this study is to develop a numerical fatigue test method by continuum damage mechanics applicable for the assessment of structural integrity throughout crack initiation and structural failure based on the Local Approach to Fracture. The generalized elasto-visco-plastic constitutive equation, which can consider the internal damage evolution behavior, is developed and employed in the 3-D FEA code in order to numerically evaluate the material and/or structural responses. Explicit information of the relationships between the mechanical properties and material constants, which are required for the mechanical constitutive and damage evolution equations for each material, are implemented in numerical fatigue test method. The material constants selected from constitutive equations are used directly in the failure assessment of material and/or structures. The performance of the developed system has been evaluated with assessing the S-N diagram of stainless steel materials.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.31
no.2
s.257
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pp.174-181
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2007
This paper is concerned with the thermo-mechanical behavior of steel sheet for an auto-body including temperature dependent strain rate sensitivity. In order to identify the temperature-dependent strain rate sensitivity of SPRC35R, SPRC45E and TRIP60, uniaxial tensile tests are performed with the variation of the strain rates from 0.001/sec to 200/sec and the variation of environmental temperatures from $-40^{\circ}C$ to $200^{\circ}C$. The thermo-mechanical response at the quasi-static state is obtained from the static tensile test and that at the intermediate strain rate is obtained from the high speed tensile test. Experimental results show that the variation of the flow stress and fracture elongation becomes sensitive to the temperature as the strain rate increases. It is observed that the dynamic strain aging occurs with TRIP60 at the temperature above $150^{\circ}C$. Results also indicate that the flow stress and tincture elongation of SPRC35R are more dependent on the changes of strain rates and temperature than those of SPRC45E and TRIP60.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.12
s.255
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pp.1603-1610
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2006
In this paper compressive characteristics of composite egg-box panels were investigated and energy absorption was calculated from the nominal stress-strain relations obtained by the compressive tests. Several different stacking sequences and number of plies were introduced for investigation of static compression characteristics and the energy absorption rates of composite egg-box panels. The compressive stress-strain relation and energy absorption of various composite egg-box panels were compared with those of aluminium egg-box panels. From the test results it was found that the fracture behavior of composite egg-box panel was affected by stacking angle causing different local deformation, during lay-up and draping processes and types of prepreg; that is, plain weave carbon/epoxy and 4-harness satin glass/epoxy. The energy absorption capacity of composite egg-box panels were proved to be higher than that of aluminium egg-box panels with low mass.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2009.10a
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pp.307-310
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2009
Nowadays, the usage of high strength steel has been growing in automobile industry mainly as structural parts since for its lightweight and high strength properties the oil crisis happened. Owing to poor formability, complex-shaped high-strength steel components are invariably produced through hot press forming. The high-strength steel sheets are in so me instances used with an Al-Si-coating with a view to prevent scaling of components during hot press forming. How ever, friction and fracture characteristics of Al-Si-coated high-strength steel during hot press forming process have not yet been investigated. In this paper, the formed parts which were formed in hot bending process were investigated by using EDS. SEM and nano indenter in order to analysis the coating layer behavior.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.23
no.5
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pp.429-438
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2003
The effects of fiber orientation on acoustic emission(AE) characteristics have been studied for the unidirectional and satin-weave, continuous glass-fiber reinforced plastic(UD-GFRP and SW-GFRP) tensile specimens. Reflection and transmission optical microscopy was used for investigation of the damage zone of specimens. AE signals were classified as different types by using short time fourier transform(STFT) : AE signals with high intensity and high frequency band were due to fiber fracture, while weak AE signals with low frequency band were due to matrix and interfacial cracking. The feature in the rate of hit-events having high amplitudes showed a process of fiber breakages, which expressed the characteristic fracture processes of individual fiber-reinforced plastics with different fiber orientations and with different notching directions. As a consequence, the fracture behavior of the continuous GFRP could be monitored as nondestructive evaluation(NDE) through the AE technique.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.11
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pp.927-933
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2016
In a solid propulsion system, the rocket nozzle is exposed to high temperature combustion gas. Hence, choosing an appropriate material that could demonstrate adequate performance at high temperature is important. As advanced materials, carbon/silicon carbide composites (C/SiC) have been studied with the aim of using them for the rocket nozzle throat. However, when compared with typical structural materials, C/SiC composites are relatively weak in terms of both strength and toughness, owing to their quasi-brittle behavior and oxidation at high temperatures. Therefore, it is important to evaluate the thermal and mechanical properties of this material before using it in this application. This study presents an experimental method to investigate the fracture behavior of C/SiC composite material manufactured using liquid silicon infiltration (LSI) method at elevated temperatures. In particular, the effects of major parameters, such as temperature, loading, oxidation conditions, and fiber direction on strength and fracture characteristics were investigated. Fractography analysis of the fractured specimens was performed using an SEM.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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