Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2000.04a
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pp.78-81
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2000
The test specimen proposed in this study, named the bimaterial eccentric compression specimen, is a rectangular prism of two dissimilar materials with a notch at their interface. Normalized energy release rates and phase angles were calibrated with the finite element method. The normalized energy release rate increases with notch ratio but decreases with E2/E2, loading point, and phase angle, Bimaterial specimens consisting of mortar and ploymer as well as mortar and rock were prepared and tested to simulate fracture behavior ar the interface. Test results have confirmed that initial notch has significant effect on the apparent interfacial toughness.
Charpy V-Notch test is commonly used to evaluate fracture toughness. However, since the region to be evaluated is limited to bulk material due to the specimen size required, individual evaluation of micro-structures on weldment is very difficult. In this study, ASP(Advanced Small Punch) test was carried out to evaluate material degradation and fracture toughness on the B.M, W.M and each micro-structures of HAZ for X20CrMoV121 and 2.25Cr1Mo steels with artificial aging time. In addition, to evaluate fracture toughness and material degradation of B.M and W.M of X20CrMoV121 steels with aging times, CVN (Charpy V-notch) test was performed. And then the correlation between ASP and CVN test on X20CrMoV121 steels was obtained. Furthermore, through this correlation, material degradation property of each micro-region of the HAZ in weldment, which was impossible to be evaluated by the CVN test, can be estimated and determined.
HAZ(Heat Affected Zone of weldm ents) properties were investigated for a high nitrogen austenitic stainless steel with a chemical composition of Fe-0.02C-0.15Si-6.00Mn-10.0Ni-23.0Cr-2.00Mo-0.48N-0.14V. Thermal cycle of HAZ was simulated by the thermal cycle simulator (Gleeble 1500). The heat treatment was applied to the Charpy test size sample without notch under various peak temperatures and/or the holding times condition. V-notch Charpy test was performed at the temperature range of 273~77 K. Metallographic examination also was carried out by using optical microscopy, scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. The simulated specimens revealed a slight embrittlement compared with the base materials. The impact toughness of the specimens deteriorated with the decreasing test temperature. The results from Charpy V-notch test, however, showed that significant degradation of absorbed energy caused by brittle fracture was not observed for the specimen tested in the test temperature range.
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.
The plastic zone formed around a notch tip is important in analyzing the fracture toughness of structures and particularly weld cracks existed in the weld HAZ (heat affected zone) which produces local plastic deformation at the crack tip. Therefore, in order to analyze the fracture toughness in weld HAZ, it is necessary to investigate the new fracture toughness parameter $K_{c}$$^{*}$ and critical plastic strain energy $W_{p}$$^{c}$ according to the shape and size of the plastic zone. 1) If the temperature corresponding to $K_{c}$$^{*}$=130kg-m $m^{-3}$ 2/ is determined, transition temperature $T_{tr}$ the magnitude of plastic zone size, and heat input change depending on the fracture toughness. The blunted amounts of the parent and weld HAZ show mild linear variation until .delta.=0.4mm and then increase very steeply there after. 2) The relation between the plastic strain energy( $W^{p}$ ) and transition temperature( $T_{*}$tr) in parent metal is more sensitive than that of weld HAZ. However, the plastic strain energy depends on the transition temperature, and thus the yield stress, .sigma.$_{ys}$ becomes an important parameter for plastic strain energy. 3) The critical plastic strain energy( $W_{p}$$^{c}$ ) absorbed by the plastic zone at the notch tip indicated in case of parent metal: 60J/mm, in case of heat input(20KJ/cm): 75J/mm, in case of heat input(30KJ/cm); 50J/mmJ/mm.
American Society for Testing and Materials (ASTM) standard test method PS 070-97 has been created for measuring fracture toughness of advanced ceramics. PS 070-97 includes three test methods which use beams in bending: chevron notch (CNB), single-edged precracked beam (SEPB), and surface crack in flexure (SCF). Supporting data has been collected through several Versailles Advanced Materials and Standards round robins. This paper discusses the evolution of the standard including the rationale for the choice of the three methods and the specifications in the standard. Progress on Standard Reference material 2100 which will have certified values of fracture toughness is presented.
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.
The two, NBD and SCB tests using gypsum circular discs each containing a single notch have been experimentally accomplished in a rock mechanics laboratory. These specimens have also been numerically modelled by a two-dimensional particle flow which is based on Discrete Element Method (DEM). Each testing specimen had a thickness of 5 cm with 10 cm in diameter. The specimens' lengths varied as 2, 3, and 4 cm; and the specimens' notch angles varied as 0°, 45° and 90°. Similar semi-circular gypsum specimens were also prepared each contained one edge notch with angles 0° or 45°. The uniaxial testing machine was used to perform the experimental tests for both NBD and SCB gypsum specimens. At the same time, the numerical simulation of these tests were performed by PFC2D. The experimental results showed that the failure mechanism of rocks is mainly affected by the orientations of joints with respect to the loading directions. The failure mechanism and fracturing patterns of the gypsum specimens are directly related to the final failure loading. It has been shown that the number of induced tensile cracks showing the specimens' tensile behavior, and increases by decreasing the length and angle of joints. It should be noted that the fracture toughness of rocks' specimens obtained by NBD tests was higher than that of the SCB tests. The fracture toughness of rocks usually increases with the increasing of joints' angles but increasing the joints' lengths do not change the fracture toughness. The numerical solutions and the experimental results for both NDB and SCB tests give nearly similar fracture patterns during the loading process.
This paper describes laboratory tests carried out to evaluate the influence of class F fly ash (FA) on fracture toughness of plain concretes, specified at the third model fracture. Composites with the additives of: 0%, 20% and 30% siliceous FA were analysed. Fracture toughness tests were performed on axial torsional machine MTS 809 Axial/Torsional Test System, using the cylindrical specimens with dimensions of 150/300 mm, having an initial circumferential notch made in the half-height of cylinders. The studies examined effect of FA additive on the critical stress intensity factor $K_{IIIc}$. In order to determine the fracture toughness $K_{IIIc}$ a special device was manufactured.The analysis of the results revealed that a 20% FA additive causes increase in $K_{IIIc}$, while a 30% FA additive causes decrease in fracture toughness. Furthermore, it was observed that the results obtained during fracture toughness tests are convergent with the values of the compression strength tests.
Thermal shock resistance property has recently been considered to be one of the most important basic properties, in the same way that the transverse-rupture property is important for sintered hard materials such as ceramics, cemented carbides, and cermets. Attempts were made to evaluate the thermal shock resistance property of 10 vol% TaC added Ti(C,N)-Ni cermets using the infrared radiation heating method. The method uses a thin circular disk that is heated by infrared rays in the central area with a constant heat flux. The technique makes it possible to evaluate the thermal shock strength (Tss) and thermal shock fracture toughness (Tsf) directly from the electric powder charge and the time of fracture, despite the fact that Tss and Tsf consist of the thermal properties of the material tested. Tsf can be measured for a specimen with an edge notch, while Tss cannot be measured for specimens without such a notch. It was thought, however, that Tsf might depend on the radius of curvature of the edge notch. Using the Tsf data, Tss was calculated using a consideration of the stress concentration. The thermal shock resistance property of 10 vol% TaC added Ti(C,N)-Ni cermet increased with increases in the content of nitrogen and Ni. As a result, it was considered that Tss could be applied to an evaluation of the thermal shock resistance of cermets.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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