The application of fracture mechanics have traditionally concentrated on cracks leaded by tensile stresses, and growing under an opening or mode I mechanism. However, many cases of failures occur from growth of cracks subjected to mixed mode loading. Several criteria have been proposed regarding the crack growth direction under mixed mode loadings. This paper is aimed at prediction of fatigue crack growth behaviour under mixed mode(I+II) in two dimensional branched type precrack. In this paper, the maximum tangential stress(MTS) criterion was used to predict crack growth direction. Not only experiment but also finite element analysis(FEA) was carried out. The theoretical predictions were compared with experimental results in this paper
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.13
no.3
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pp.461-471
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1989
For the mixed-mode crack problems the direction of crack growth, the crack path and the rational representation of fatigue crack growth rates should be studied to predict fatigue life and safety of structures. In this study, a round specimen which produce nearly identical effects in all loading directions is proposed to make an easy measurement of initial direction of crack growth. The mode I and mode II stress intensity factors of the specimen were calculated using finite element method, in which the square root singular stresses at the crack tip are modeled by means of four rectangular quarter-point eight-noded elements surrounding the crack tip. Experimental results for high strength aluminum alloy showed that the direction of mixed-mode crack growth agree well with maximum principal stress criterion as well as minimum strain energy density criterion, but not with maximum shear stress criterion. From data of fatigue crack growth rates using crack geometry projected on the line perpendicular to the loading direction it is easily established that mixed-mode fatigue crack growth in 5083-H115 aluminum alloy goes predominantly with mode I crack growth behaviors.
In this paper, a mixed-mode cohesive law for an interface crack between epoxy and TR (transparent thermoplastic) resin is inversely estimated by the field projection method using numerical solutions and experimentally measured displacements. Displacements in a region far away from the crack tip are measured by digital image correlation technique. An inverse analysis, the field projection method formulated from the interaction J- and M-integrals with numerical auxiliary fields, is carried out to estimate a mixed-mode cohesive law for an interface crack between dissimilar materials. In the present approach, nonlinear deformations and damage near the crack tip are converted into the relationships of tractions and separations on crack surfaces behind the crack tip. The phase angle of mixed-mode singularities of the interface crack is also obtained from measured displacements in this study.
In this study, retardation behavior of fatigue crack under single overloading of the mixed mode I+II state was experimentally investigated. To produce single overload in the mixed mode I+II state, the compact tension shear (CTS) specimen and loading device were used. The propagation tests for fatigue crack were performed under mode I loading overloading afterwards. We examined the observed deformation aspects, variation of fatigue life and crack propagation rate, and the aspects of retardation behavior from tests. The retardation effect of mixed-mode single overload on fatigue crack propagation behavior was smaller than that of mode I single overload. It has been confirmed that the retardation behavior did not immediately appear and the retardation length was short when the component of mixed-mode overload was changed.
Kim, Gun-Ho;Cho, Kyu-Chun;Lee, Ho-Yeon;Won, Young-Jun
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.35
no.7
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pp.899-906
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2011
Generally, load conditions of machine or structure in fatigue destruction is occurred not under single load conditions but under mixed load conditions. However, the experiment under mixing mode is insufficient because of no having test standard to the behavior of crack under mixing mode and variety of test methods, and many tests are required. In this paper measured crack direction path by created figure capture system when a experiment. Also, we studied by comparison the behavior of crack giving the change of stress ratio and inserting beach mark. Through the test under mixing mode, advancing path of crack is indicated that advancing inclined angle ${\Theta}$ (direction of specimen length) has increased depending on the increase of mixed mode impaction. It is indicated that according to the increase of mixed mode loading condition impaction under mixing mode, advancing speed of crack gets slow. Also, we found that inner crack(cross section of specimen) is progressed more rapidly than outer crack based on data through beach mark.
Kim Gun-Ho;Won Young-Jun;Sakakur Keigo;Fujimot Takehiro;Nishioka Toshihisa
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.30
no.4
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pp.474-482
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2006
Generally almost all fatigue crack growth is affected by mode I. For this reason a study on mode I has concentrated in the field of fracture mechanics. However the fatigue crack initiation and growth in machines and structures usually occur in mixed mode loading. If there is any relationship between the cause of fracture in mixed mode loading and fracture surface, fracture surface pattern will be the main mean explaining reasons of fatigue fracture and obtaining further information about fracture process. In this paper low point shear-fatigue test with Aluminum alloy hi 5083-O is carried out from this prospect and then the mixed mode distribution of fracture surface is examined from the result after identifying the generation of fatigue crack surface pattern. It was found from the experimental results that the fatigue crack surface pattern and the fatigue crack shear direction are remarkably consistent. Furthermore It is possible that the analysis of distribution of mixed mode through the fatigue crack surface pattern.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.18
no.9
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pp.131-139
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2001
The use of fracture mechanics has traditionally concentrated on crack growth under an opening mechanism. However, many service failure occur from cracks subjected to mixed mode loadings. Hence, it is necessary to evaluate the fatigue behavior under mixed mode loading. Under mixed mode loading conditions, not only the fatigue crack propagation rate is of importance, but also the crack propagation direction. The mode I and II stress intensity factors of CTS specimen were calculated using elastic finite element method. The propagation behavior of the fatigue crack of the STS304 steeds under mixed mode loading condition was evacuated by using stress intensity factors $K_I$ and $K_II. The MTS criterion and effective stress intensity factor were applied to predict the crack propagation direction and the fatigue crack propagation rate.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.2
no.3
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pp.11-18
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2001
A simple and convenient method of analysis for obtaining the individual stress intensity factors in a three-dimensional mixed mode crack is proposed. The procedures presented here are based on the path independence of J integral and mutual or two-state conservation integral, which involves two elastic fields. The problem is reduced to the determination of mixed mode stress intensity factor solutions in terms of conservation integrals involving known auxiliary solutions. Some numerical examples are presented to investigate the effectiveness and applicability of the method for a three-dimensional penny-shaped crack problem under mixed mode. This procedure is applicable to a three-dimensional mixed mode curved crack.
Kim, Taek-Young;Lee, Man-Suk;You, In-Dong;Kim, Ho-Kyung
Journal of the Korean Society of Safety
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v.28
no.4
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pp.8-13
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2013
Fatigue crack growth tests were conducted on urban railway wheel steel under mode I and mixed-mode conditions. Fatigue crack growth rates were evaluated in terms of equivalent stress intensity factor ranges, using both the extended and projected crack lengths. The equivalent stress intensity factor range with the growth rate results obtained under mode I loading conditions can be used to predict the crack growth rate under mixed-mode loading conditions. Extended crack length rather than projected crack length is appropriate for the prediction of the crack growth rate under the mixed-mode loading conditions.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2003.06a
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pp.1508-1512
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2003
In this study, retardation behavior of fatigue crack under single overloading of the mixed mode state was experimentally investigated. To produce single overload in the mixed mode I+II state, the compact tension shear (CTS) specimen and loading device were used. The propagation tests for fatigue crack were performed under mode I and mixed-mode loading overloading afterwards. We examined the observed deformation aspects, the variation of fatigue life and crack propagation rate, and the aspects of retardation behavior from tests. The retardation effect of mixed-mode single overload on fatigue crack propagation behavior was smaller than that of mode I single overload. Also the loading modes of variable and constant amplitude loads have influence on the retardation behavior of fatigue cracks.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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