Coal samples with different joints morphology were subjected to uniaxial compression experiments, cracks evolution was recorded by Nikon D5300 and acoustic emission (AE) energy signals were collected by AEwin Test for Express-8.0. During loading process, coal samples deformed elastically with no obvious cracks changes, then they expanded gradually along the trace of the original cracks, accompanied by the formation of secondary cracks, and eventually produced a large-scale fracture. It was more interesting that the failure mode of samples were all shear shape, whatever the original cracks morphology was. With cracks and damage evolution, AE energy radiated regularly. At the early loading stage, micro damage and small scale fracture events only induced a few AE events with less energy, while large scale fracture leaded to a number of AE events with more energy at the later stage. Based on the multifractal theory, the multifractal spectrum could explain AE energy signals frequency responses and the causes of AE events with load. Multifractal spectrum width (${\Delta}{\alpha}$), could reflect the differences between the large and small AE energy signals. And another parameter (${\Delta}f$) could reflect the relationship between the frequency of the least and greatest signals in the AE energy time series. This research is helpful for us to understand cracks evolution and AE energy signals causes.
Kim, Hyun-Gyu;Oh, Se-Young;Kim, Kwang-Soo;Lee, Haeng-Soo;Kim, Seong-Woong;Kim, Jae-Hyun
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.2
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pp.233-239
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2013
In this paper, a method of combining numerical analyses and experimental tests is used to evaluate fracture toughness of copper thin films of $15{\mu}m$ thickness. Far-field loadings of a global-local finite element model are inversely estimated by matching crack opening profiles in experiments with numerical results. The fracture toughness is then evaluated using the J-integral for cracks in thin films under far-field loadings. In experiments, Cu thin films attached to Aluminum sheets are loaded indirectly, and crack opening profiles are observed by microscope camera. Stress versus strain curves of Cu thin films are obtained through micro-tensile tests, and the grain size of Cu thin films is observed by TEM analysis. The results show that the fracture toughness of Cu thin films with $500nm{\sim}1{\mu}m$ sized grains is $6,962J/m^2$.
Kim, Maan-Won;Lee, Joon-Won;Yoon, Kee-Bong;Park, Jai-Hak
International Journal of Safety
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v.6
no.2
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pp.1-7
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2007
In this study mechanical strength of A53B carbon steel was analyzed using several types of test specimens directly machined from oil recycling pipe experienced a failure due to hydrogen attack in chemical plants. High temperature hydrogen attack (HTHA) is the damage process of grain boundary facets due to a chemical reaction of carbides with hydrogen, thus forming cavities with high pressure methane gas. Driven by the methane gas pressure, the cavities grow on grain boundaries forming intergranular micro cracks. Microscopic optical examination, tensile test, Charpy impact test, hardness measurement, and small punch (SP) test were performed. Carbon content of the hydrogen attacked specimens was dramatically reduced compared with that of standard specification of A53B. Traces of decarburization and micro-cracks were observed by optical and scanning electron microscopy. Charpy impact energy in hydrogen attacked part of the pipe exhibited very low values due to the decarburization and micro fissure formation by HTHA, on the other hand, data tested from the sound part of the pipe showed high and scattered impact energy. Maximum reaction forces and ductility in SP test were decreased at hydrogen attacked part of the pipe compared with sound part of the pipe. Finite element analyses for SP test were performed to estimate tensile properties for untested part of the pipe in tensile test. And fracture toughness was calculated using an equivalent strain concept with SP test and finite element analysis results.
Wing and secondary cracks are unique types of cracks observed in rock masses subjected to uniaxial and biaxial compressive loading conditions. In this study, morphological features of wing and secondary cracks developed in gypsum specimens are investigated in the macro and micro scales. Along the path of wing crack, microtensile cracks are observed. Microtensile cracks coalesce with pores and show branch phenomenon. From the onset of the wing crack, multiple initiations of microtensile cracks are observed. Microtensile cracks show tortuous propagation paths and relatively constant aperture of the cracks during the propagation. It is shown that microtensile cracks propagate by splitting failure. At the micro scale, microfsults are observed in the path of the secondary cracks. Along the path of the secondary cracks, separation of grains and conglomerate grains, oblique microfaults, and irregular aperture of microfault are observed. These features show that the secondary cracks are produced in shear mode. The measured sizes of fracture process zone across the propagation direction near the tip of wing and secondary cracks range from 10$\mu{m}$ to 20$\mu{m}$ far wing cracks and from 100$\mu{m}$ to 200$\mu{m}$ for secondary cracks, respectively.
This paper investigated computationally and experimentally the interaction here between a notch as well as a micropore under uniaxial compression. Brazilian tensile strength, uniaxial tensile strength, as well as biaxial tensile strength are used to calibrate PFC2d at first. Then, uniaxial compression test was conducted which they included internal notch and micro pore. Experimental and numerical building of 9 models including notch and micro pore were conducted. Model dimensions of models are 10 cm × 10 cm × 5 cm. Joint length was 2 cm. Joints angles were 30°, 45° and 60°. The position of micro pore for all joint angles was 2cm upper than top of the joint, 2 cm upper than middle of joint and 2 cm upper than the joint lower tip, discreetly. The numerical model's dimensions were 5.4 cm × 10.8 cm. The fractures were 2 cm in length and had angularities of 30, 45, and 60 degrees. The pore had a diameter of 1 cm and was located at the top of the notch, 2 cm above the top, 2 cm above the middle, and 2 cm above the bottom tip of the joint. The uniaxial compression strength of the model material was 10 MPa. The local damping ratio was 0.7. At 0.016 mm per second, it loaded. The results show that failure pattern affects uniaxial compressive strength whereas notch orientation and pore condition impact failure pattern. From the notch tips, a two-wing fracture spreads almost parallel to the usual load until it unites with the sample edge. Additionally, two wing fractures start at the hole. Both of these cracks join the sample edge and one of them joins the notch. The number of wing cracks increased as the joint angle rose. There aren't many AE effects in the early phases of loading, but they quickly build up until the applied stress reaches its maximum. Each stress decrease was also followed by several AE effects. By raising the joint angularities from 30° to 60°, uniaxial strength was reduced. The failure strengths in both the numerical simulation and the actual test are quite similar.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.21
no.6
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pp.98-105
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2017
In this study, the fiber blending ratio and strain rate effect on the tensile behavior of hybrid fiber reinforced cement composite was evaluated. Hooked steel fiber and polyvinyl alcohol fiber were used for reinforcing fiber. The fiber blending ratio of HSF+PVA were 1.5+0.5, 1.0+1.0 and 0.5+1.5vol.%. As a results, the tensile strength, strain capacity and fracture toughness of the hooked steel fiber reinforced cement composites were improved by the increase of the bond strength of the fiber and the matrix according to increase of strain rate. However, the tensile stress sharply decreased after the peak stress because of the decrease in the number of straightened pull-out fibers by micro cracks in the matrix around hooked steel fiber. On the other hand, PVA fiber showed cut-off fracture at strain rate $10^{-6}/s$ with multiple cracks. However, at the strain rate $10^1/s$, the multiple cracks and strain capacity were decreased because of the pull-out fracture of PVA fiber. The HSF1.5PVA0.5 shown the highest tensile strength because the PVA fiber suppressed the micro cracks in the matrix around the hooked steel fiber and improved the pull-out resistance of hooked steel fiber. Thus, DIF of strain capacity and fracture toughness of HSF1.5PVA were greatly improved. In addition, the synergistic response of fracture toughness was positive because the tensile stress was slowly decreased after the peak stress by improvement of the pull-out resistance of hooked steel fiber at strain rate $10^1/s$.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2007.05a
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pp.375-378
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2007
Abrasive wear between piston ring face and cylinder liner is an extremely unpredictable and hard-to-reproduce phenomenon that significantly decreases engine performance. Wear by abrasion are forms of wear caused by contact between a particle and solid material. Abrasive wear is the loss of material by the passage of hard particles over a surface. From the pin-on-disk test, particle dent test and scuffing test, abrasive wear characteristics of diesel engine cylinder liner-piston ring have been investigated. Pin-on-disk test results indicate that abrasive wear resistance is not simply related to the hardness of materials, but is influenced also by the microstructure, temperature, lubricity and micro- fracture properties. In particle dent test, dent resistance stress decreases with increasing temperature. From the scuffing test by using pin-on-disk tester, scuffing mechanisms for the soft coating and hard coating were proposed and experimentally confirmed.
Fatigue cracks in structural components are the most common cause of structural failure when exposed to fatigue loading. In this respect, fatigue crack detection and structural health assessment are very important. Currently, various smart materials are used for detecting fatigue crack and measurement of SIFs(Stress Intensity Factors). So, this paper presented a measurement of SIFs using MFC(Micro Fiber Composite) sensor which is the one of the smart material. MFC sensor is more flexible, durable and reliable than other smart materials. The SIFs of Mode I(K I) as well as Mode II(K II) based on the piezoelectric constitutive law and fracture mechanics are calculated. In this study, the SIF values measured by MFC sensors are compared with the theoretical results.
This paper discusses 2D models of beams for simulating the fracture of brittle materials. A simulation of an experiment on a concrete beam subjected to bending, in which two overlapping cracks occur, is used to study the effect of individual beam characteristics and different arrangements of the beams in the overall network mesh. It was found that any regular orientation of the beams influences the resulting crack patterns. Methods to implement a wide range of poisson's ratios are also developed, the use of the mesh to study arbitrary micro-structures is outlined. The crack pattern that are obtained with mesh are in good agreement with the experimental results. Also, numerical simulations of the tests were performed by means of a model, and non-integer dimensions were measured on the predicted mesh damage patterns.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2004.04a
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pp.463-469
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2004
This paper discusses 2D lattice models of beams for simulating the fracture of brittle materials. A simulation of an experiment on a connote beam subjected to bending, in which two overlapping cracks occur, is used to study the effect of individual beam characteristics and different arrangements of the beams in the overall lattice. It was found that my regular orientation of the beams influences the resulting crack patterns. Methods to implement a wide range of poisson's ratios are also developed, the use of the lattice to study arbitrary micro-structures is outlined The crack pattern that n obtained with lattice m in good agreement with the experimental results. Also, numerical simulations of the tests were performed by means of a lattice model, and non-integer dimensions were measured on the predicted lattice damage patterns.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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