Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.9
no.3
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pp.140-148
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1992
The effect of mechanical, properties in the plastic zone near the crack-tip was investigated, under various controlled loading conditions, i.e., ${\Delta}K$ increasing, ${\Delta}K$ decreasing, and single overload test. For both ${\Delta}K$ decreasing test and ${\Delta}K$ increasing test with constant stress ratio, it is found that the ratio of material constant m'( ${\Delta}K$ decreasing test) to material constant m( ${\Delta}K$ increasing test) is larger than 1 for n<0.1, and it is equal to 1 for 0.10.2. A modified crack growth rate equation based on Forman's equation which applied stable region of fatigue crack propagation in ${\Delta}K$ decreasing test is proposed. Within the limit of this single overload test, an empirical relation between among the retardation ratio (Nd/ $N^{*}$), the strain hardening exponent (n) and the percent peak load (%PL) has been established.established.
This paper devoted to study dynamic interaction between crack and inclusion or void by developing the eXtended Finite Element Methods (XFEM). A novel XFEM approximation is presented for these structures containing multi discontinuities (void, inclusion, and crack). The level set methods are used so that elements that include a crack segment, the boundary of a void, or the boundary of an inclusion are not required to conform to discontinuous edges. The investigation covers the effects of a single circular or elliptical void / stiff inclusion, and multi stiff inclusions on the crack propagation path under dynamic loads. Both the void and the inclusion have a significant effect on the dynamic crack propagation path. The crack initially curves towards into the void, then, the crack moves round the void and propagates away the void. If a large void lies in front of crack tip, the crack may propagate into the void. If an enough small void lies in front of crack tip, the void may have a slight or no influence on the crack propagation path. For a stiff inclusion, the crack initially propagates away the inclusion, then, after the crack moves round the inclusion, it starts to propagate along its original path. As ${\delta}$ (the ratio of the elastic modulus of the inclusion to that of the matrix) increases, a larger curvature of the crack path deflection can be observed. However, as ${\delta}$ increases from 2 to 10, the curvature has an evident increase. By comparison, the curvature has a slight increase, as ${\delta}$ increases from 10 to 1000.
The determination of the stress intensity factor at the crack tip is one of the most widely used methods to predict the fatigue life of aircraft structures. This prediction is more complicated for repaired cracks with bonded composite patch. This study is used to compute the stress intensity factor (SIF) and crack opening displacement (COD) for cracks repaired with single and double-sided composite patches. The effect of the presence of disbond region in adhesive at the crack was taken into consideration. The results show that there is a considerable reduction in the asymptotic value of the stress-intensity factors and the crack opening displacement at the crack tip. The use of a double-sided patch suppresses the bending effect due to the eccentricity of the patch on one side only.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.30
no.4
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pp.494-504
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2006
It is well known that the two-parameter $J-A_2$ solution can well characterize the crack-tip fields and quantify the crack-tip constraint for different flawed geometries in variety of loading conditions. However, this solution fails to do so for bending dominated specimens or geometries at large deformation because of the influence of significant global bending stress on the crack-tip field. To solve this issue, a modified $J-A_2$ solution is developed in this paper by introducing an additional term to address the global bending influence. Using the $J_2$ flow theory of plasticity and within the small-strain framework detailed finite element analyses are carried out for the single edge notched bend (SENB) specimen with a deep crack in A533B steel at different deformation levels ranging from small-scale Yielding to large-scale Yielding conditions. The numerical results of the crack-tip stress field are then compared with those determined from the $J-A_2$ solution and from the modified $J-A_2$ solution at the same level of applied loading Results indicate that the modified $J-A_2$ solution largely improves the $J-A_2$ solution, and match very well with the numerical results in the region of interest at all deformation levels. Therefore, the proposed solution can effectively describe the crack-tip field and the constraint for bending dominated specimens or geometries.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.5
no.4
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pp.36-42
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2004
The shaft with the circular cross section has symmetric structural combination parts to keep the rotating balance. Hence the crack usually initiates from symmetric combination parts due to the stress concentration of these parts. In this study to estimate the fatigue behavior of symmetric cracks, the fatigue test was performed by using a rotary bending tester and the specimen with symmetric defects in circular cross section. The characteristics of crack initiation and propagation on the symmetric surface cracks in circular cross section were examined. We also observed the internal crack using the oxidation coloring method and investigated the fatigue behavior using the relationship between the surface crack and the internal crack. As a result, the fatigue life of symmetric cracks was reduced by 35% compared to that of a single crack. We examined the characteristics of fatigue behavior of elements with symmetric cracks using internal crack propagation rate and maximum stress intensity factor range that were obtained from an approximation method.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.13
no.4
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pp.174-181
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2005
In order to investigate the behavior of fatigue crack growth of SiC-particulate- reinforced Al-Si alloy composites, fatigue tests using single edge notched tension(SENT) specimens were performed. Composite materials were manufactured by using both permanent die casting and extrusion processes with different volume fractions of $10\%\;and\;20\%$. $SiC_p-reinfurced$ Al-Si composites showed the increased levels of threshold stress intensity factor range, ${\Delta}K_{th}$, for the increased volume fractions of SiC particles, which implies the increased fatigue crack growth resistance at the threshold or low ${\Delta}K$ levels, compared to the unreinforced Al-Si alloy. In the Paris region, however, the composites showed the increased rate of crack growth resulting in the unfavorable effects on the fatigue crack growth resistance. Critical stress intensity factor range at unstable crack growth leading to final fracture decreased as the volume fraction of SiC particle increased, because of the reduced fracture toughness of the composites. Extruded materials showed higher threshold and critical values than the cast materials.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.23
no.6
s.165
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pp.943-951
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1999
The welded structure unnecessarily remains residual stress due to the very high heating of local region and lastly cooling. The residual stress sometimes causes fracture initiation of welded structures. In this paper, distribution and magnitude of tensile and compressive residual stresses in the TIG(Tungsten Inert Gas) welded aluminum alloy such as Al5083-H112 are measured by using the hole-drilling method. Furthermore, the effects of residual stresses in the TIG welded aluminum CCT(Center Crack Tension) and SEN(Single Edge Notched) Specimens on the fatigue crack propagation behavior are analyzed. The fatigue cracks initiated at residual stresses region are influnced by tensile and compressive residual stresses. However, the effects are found to be released fast for both cases according to the cyclic loads and extension of crack length.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.11a
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pp.396-400
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2006
We studied the influences of open cracks in free vibrating beam with rectangular section using a numerical model. The crack was assumed to be single and always open during the free vibration and equivalent bending stiffness of a cracked beam was calculated based on the strain energy balance. By Galerkin's method, the frequencies of cantilever beam could he obtained with respect to various crack depths and locations. Also, the experiments on the cracked beams were carried out to find natural frequencies. The cracks were initiated at five locations and the crack depths were increased by five steps at each location. The experimental results were compared with the numerical results and the comparison results were discussed.
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.16
no.4
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pp.26-34
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2008
This article provides a comprehensive treatment of cracks in non-homogeneous structural materials such as functionally graded materials (FGMs). It is assumed that the material properties depend only on the coordinate perpendicular to the crack surfaces and vary continuously along the crack faces. By using laminated composite plate model to simulate the material non-homogeneity, we present an algorithm for solving the system based on Laplace transform and Fourier transform techniques. Unlike earlier studies that considered certain assumed property distributions and a single crack problem, the current investigation studies multiple crack problem in the FGMs with arbitrarily varying material properties. As a numerical illustration, transient thermal flow intensity factors for a metal-ceramic joint specimen with a functionally graded interlayer subjected to sudden heating on its boundary are presented. The results obtained demonstrate that the present model is an efficient tool in the fracture analysis of non-homogeneous material with properties varying in the thickness direction.
Effect of different crack sizes on fracture criterion of some engineering materials was investigated in this work. Using finite element (FE) method coupled with a newly developed algorithm, J-integral values for different crack sizes were obtained for single-edge notched bend (SENB) and compact type (CT) specimen. Specimens with initial a/W ratio from 0.25 to 0.75 varying in crack size in steps of 0.125 were investigated. Several different materials, like 20MnMoNi55, 42CrMo4 and 50CrMo4, usually used in engineering structure, were investigated. For one of mentioned materials, numerical results were compared with experimental and their compatibility is visible.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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