Huang, Shuling;Pei, Qitao;Ding, Xiuli;Zhang, Yuting;Liu, Dengxue;He, Jun;Bian, Kang
Geomechanics and Engineering
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v.23
no.2
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pp.151-163
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2020
Grouting method is an effective way of reinforcing cracked rock masses and plugging water gushing. Current grouting diffusion models are generally developed for horizontal cracks, which is contradictory to the fact that the crack generally occurs in rock masses with irregular spatial distribution characteristics in real underground environments. To solve this problem, this study selected a cement-sodium silicate slurry (C-S slurry) generally used in engineering as a fast-curing grouting material and regarded the C-S slurry as a Bingham fluid with time-varying viscosity for analysis. Based on the theory of fluid mechanics, and by simultaneously considering the deadweight of slurry and characteristics of non-uniform spatial distribution of viscosity of fast-curing grouts, a theoretical model of slurry diffusion in an oblique crack in rock masses at constant grouting rate was established. Moreover, the viscosity and pressure distribution equations in the slurry diffusion zone were deduced, thus quantifying the relationship between grouting pressure, grouting time, and slurry diffusion distance. On this basis, by using a 3-d finite element program in multi-field coupled software Comsol, the numerical simulation results were compared with theoretical calculation values, further verifying the effectiveness of the theoretical model. In addition, through the analysis of two engineering case studies, the theoretical calculations and measured slurry diffusion radius were compared, to evaluate the application effects of the model in engineering practice. Finally, by using the established theoretical model, the influence of cracking in rock masses on the diffusion characteristics of slurry was analysed. The results demonstrate that the inclination angle of the crack in rock masses and azimuth angle of slurry diffusion affect slurry diffusion characteristics. More attention should be paid to the actual grouting process. The results can provide references for determining grouting parameters of fast-curing grouts in engineering practice.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.2
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pp.450-460
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1996
To investigate the effect of stress wave propagation for crack tip, impact responses of two-dimensional plates with oblique cracks are investigated by a numerical method. In the numerical analysis, the finite element method is used in space domain discretization and the Newmark constant acceleration algorithm is used in time integration. According to the numerical results from the impact response analysis. it is found that the stress fields are bisected at the crack surface and the parts of stress intensity are moved along the crack face. The crack tip stress fields are yaried rapidly. The magnitude of crack tip stress fields are converted to dynamic stress intensity factor. Dynamic sress intensity factor appears when the stress wave has reached at the crack tip and the aspect of change of dynamic stress intensity factor is shown to be the same as the part of the flow of stress intensity.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.15
no.5
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pp.139-145
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2007
Fretting is a kind of surface damage mechanism observed in mechanically jointed components and structures. The initial crack under fretting damage occurs at lower stress amplitude and lower cycles of cyclic loading than that under plain fatigue condition. This can be observed in automobile and railway vehicle, fossil and nuclear power plant, aircraft etc. In the present study, railway axle material RSA1 used for evaluation of fretting fatigue life. Plain and fretting fatigue tests were carried out using rotary bending fatigue tester with proving ring and bridge type contact pad. Through these experiments, it is found that the fretting fatigue limit decreased about 37% compared to the plain fatigue limit. In fretting fatigue, the wear debris is observed on the contact surface, and oblique cracks at an earlier stage are initiated in contact area. These results can be used as useful data in a structural integrity evaluation of railway axle.
Fretting is a kind of surface degradation mechanism observed in mechanical components and structures. The fretting damage decrease in 50-70% of the plain fatigue strength. This may be observed in aircraft, automobile and nuclear power plant used in special environment and various loading conditions. In the present study, the characteristics of the fretting fatigue are investigated using the two aluminum alloy(Al2024-T3511 and Al7050-T7451). Through the experiment, it is found that the fretting fatigue strength of the Al7050-T7451 alloy decreased about 50% from the plain fatigue strength, while the fretting fatigue strength of the Al2024-T3511 alloy decreased about 45%. The tire track was widely observed in fracture surface area of oblique crack which was induced by contact pressure. These results can be the basic data to the structural integrity evaluation of aluminum alloy subjected to fretting damage.
Jae-Yoon Jeong;Cheol-Ho Kim;Hune-Tae Kim;Ji-Hye Kim;Yun-Jae Kim
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.12
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pp.4647-4658
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2023
In this paper, elastic-plastic fracture mechanics analysis is performed to determine the critical crack sizes of the multipurpose canister (MPC) manufactured using austenitic stainless steel under dynamic loading conditions that simulate drop accidents. Firstly, dynamic finite element (FE) analysis is performed using Abaqus v.2018 with the KORAD (Korea Radioactive Waste Agency)-21 model under two drop accident conditions. Through the FE analysis, critical locations and through-thickness stress distributions in the MPC are identified, where the maximum plastic strain occurs during impact loadings. Then, the evaluation using the failure assessment diagram (FAD) is performed by postulating an external surface crack at the critical location to determine the critical crack depth. It is found that, for the drop cases considered in this paper, the principal failure mechanism for the circumferential surface crack is found to be the plastic collapse due to dominant high bending axial stress in the thickness. For axial cracks, the plastic collapse is also the dominant failure mechanism due to high membrane hoop stress, followed by the ductile tearing analysis. When incorporating the strain rate effect on yield strength and fracture toughness, the critical crack depth increases from 10 to 20%.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.3
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pp.511-518
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1997
The technique of fretting fatigue test was developed and fretting fatigue tests of A12024-T4 were conducted under several conditions. The newly developed calibration methods for measuring surface contact tractions showed good linearity and repeatability. The plate type specimen to which tow bridge type pads were attached and vision system was used to observe the crack behaviour. The oblieque cracks appeared in the early stage of crack growth and they became mode I cracks as they grow about 1 mm. The mode I transition points were found to be longer when surface tractions are higher or bulk stress is lower. Before the crack becomes mode I crack, 'well point' where crack grow about rate is minimum, was detected under every experimental condition. The crack behaviour was found to be affected by surface tractions, contact area, bulk stress. It was also found that partial slip and stick condition is most detrimental and the crack starts from the boundary of stick and slip. For gross slip crack started at the outside edge of pad. After crack mode transition, fretting fatigue cracks showed almost same behaviour of plain mode I fatigue cracks. Equivalent stress intensity factor was used to analyze the behaviour of fretting fatigue cracks and it was found that stress intensity factors can be applied to fretting fatigue cracks.
Kim, Jong-Sung;Yoon, Myung-Jin;Choi, Sung-Jong;Cho, Hyun-Deog
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.9
no.1
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pp.25-34
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2010
Fretting damage reduces fatigue life of the material due to low amplitude cyclic sliding and changes in the contact surfaces of strongly connected machine and structures such as bolt, key, fixed rivet and connected shaft, which have relative slip of repeatedly very low frequency amplitude. In this study, the fretting fatigue behavior of 7050-T7451 aluminum alloys used mainly in aircraft and automobile industry were evaluated. The plain fatigue test and fretting fatigue test under cyclic bending load carried out commercial bending fatigue tester and specially devised equipments to cause fretting damage. From these experimental work, the following results obtained: (1) The plain fatigue limit for stress ratio R=-l was about 151MPa. (2) In case of fretting fatigue, fatigue limit for stress ratio R=-l about 72MPa, the fatigue limit for R=0 about 81MPa, and the fatigue limit for R=0.3 about 93MPa. (3) The fatigue limit reduction rates by the fretting damage were about 52%(R=-1), 46%(R=0) and 38%(R=0.3) respectively. (4) The fatigue limit reduction rate decreased with stress ratio increase. In fretting bending test, as stress ratio increased, occurrence of initial oblique crack by fretting decreased or phased out, so that fracture surfaces were formed by plain fatigue crack occurrence, and such tendency was notable as stress amplitude increased. (5) Tire tracks and rubbed scars were observed in the fracture surface and contacted surface.
Kim, In-Gwon;Kim, Koung-Suk;Yoon, Sung-Un;Kang, Ki-Soo
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.17
no.10
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pp.200-205
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2000
This paper presents the vibration characteristics of a rectangular plate with 45$^{\circ}$oblique crack and a smooth plate subjected to a uniaxial tension. The experiment is adopted by the time-average holography method. The natural frequency and mode shape are considered accurate according to the increasement of tensile load in the study. When tensile load is zero, the vibration modes are almost agreed with the smooth and the 45$^{\circ}$obliquely cracked plate. But since then, according to the increasement of load, it is shown that vibration modes are extremely varied. The effects of the crack length in the vibration characteristic are discussed in detail. It is indicated that the increase of the crack length makes the variation of the frequencies and modes complicate in the range of even a small load.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.13
no.3
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pp.199-214
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2011
A crack is the main cause to affect the integrity of tunnel lining as well as leakage, spalling, exposed rebar, corrosion, carbonation and so on. Since the 1980, NATM has prevailed on excavation method and geotechnical philosophy in tunnel. Although the pattern of cracks has been reported by several engineers' effort, it was only focused on longitudinal cracks of lining. Eleven operational NATM tunnels have been conducted with the precise inspection for safety and diagnosis by KISTEC (Korea Infrastructure Safety and Technology Incorporation). With those results, the crack patterns by the spatial distribution and appearance for each tunnel have been analyzed and the cause of occurrence for seven common types of cracks in NATM tunnels was classified. Additionally, the longitudinal crack on lining above duct slab was figured out by numerical simulation and field inspection. Each crack has been analyzed by CCD (Charge-Coupled Device) scanner image with 3D configuration. Each type of cracks is also explained with output of experimental and condition of construction. Defined cracks on NATM tunnels will be good example for periodical inspection and precise inspection for safety and diagnosis.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2002.03a
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pp.173-180
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2002
The specimens with three discontinuities have been tested in uniaxial compression. The geometry of discontinuities is changed by three different parameters: flaw inclination angle, continuity, and spacing. From the tips of the discontinuities wing and secondary cracks are observed. Wing cracks initially propagate curvilinear direction and follow loading direction after some distance from the tip of the discontinuities. Two different types of secondary cracks have been observed from the study: quasi-coplanar secondary cracks and oblique secondary cracks. From the test nine different types of coalescence are observed and they show a correlation with flaw angle and ligament angle. It is attempted to simulate the observed results by using FROCK(Fractured ROCK). FROCK is a code based on the hybridized DDM(Displacement Discontinuities Method) . It is shown that FROCK has quite potential of modeling of rock fracture processes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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