Crossing (X-type) flaws are commonly encountered in rock mass. However, the crack coalescence and failure mechanisms of rock mass with X-type flaws remain unclear. In this study, we investigate the compressive failure process of rock-like specimens containing two X-type flaws aligned in the loading direction. For comparison purposes, compressive failure behavior of specimens containing two aligned single flaws is also studied. By examining the crack coalescence behavior, two characteristics for the aligned X-type flaws under uniaxial compression are revealed. The flaws tend to coalesce by cracks emanating from flaw tips along a potential path that is parallel to the maximum compressive stress direction. The flaws are more likely to coalesce along the coalescence path linked by flaw tips with greater maximum circumferential stress if there are several potential coalescence paths almost parallel to the maximum compressive stress direction. In addition, we find that some of the specimens containing two aligned X-type flaws exhibit higher strengths than that of the specimens containing two single parallel flaws. The two underlying reasons that may influence the strengths of specimens containing two aligned X-type flaws are the values of flaw tips maximum circumferential stresses and maximum shear stresses, as well as the shear crack propagation tendencies of some secondary flaws. The research reported here provides increased understanding of the fundamental nature of rock/rock-like material failure in uniaxial compression.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.5A
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pp.649-656
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2008
The enhancement of the service life of damaged or cracked structures is a major issue for researchers and engineers. The hierarchic void element based on the integrals of Legendre polynomials is used to characterize the fracture behaviour of unpatched crack as well as repaired crack with bonded composite patches by computing the stress intensity factors and stress contours at the crack tip. Since the equivalent single layer approach is adopted in this study, the proposed element is necessary to represent a discontinuous crack part as a continuum body with zero stiffness. Thus the aspect ratio of this element to represent the crack should be extremely slender. The sensitivity of numerical solution with respect to energy release rate, displacement and stress has been tested to show the robustness of zero stiffness element as the aspect ratio is increased up to 2000. The stiffness derivative method and displacement extrapolation method have been applied to calculate the stress intensity factors of Mode I problem. It is noted that the proposed hierarchical void element can be one of alternatives to analyze the patched crack problems.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.3
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pp.540-547
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1994
Contact and frictional locking conditions and the effect of shielding due to contact at the facet, which could be represented by the difference in energy release rate, as a function of phase angle of loading are analyzed in this study for the case of interfacial cracks by assuming single crack-kink model. The analysis of contact effects on interfacial fracture resistance shows that relative shielding increases as the shear component was increased, which indicates a qualitative agreement with the previous experimental results.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2001.05a
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pp.333-338
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2001
Fractal geometry is a non-Euclidean geometry which has been developed to quantitative analysis irregular or fractional shapes. Fractal dimension of irregular surface has fractal values ranging from 2 to 3 and of irregular line profile has fractal values ranging from 1 to 2. In this paper, quantitative analysis of crack growth patterns during the fracture processing of fiber-reinforced cement composites based on fractal geometry. The fracture behaviors of fiber reinforced mortar beams subjected to three-point loading in flexure. The beams all had a single notch depth, but varing volume fractions of polypropylene, cellulose fibers. The crack growth behaviors, as observed through the image processing system, and the box counting method was used to determine the fractal dimension, Df. The results showed that the linear correlation exists between fractal dimension and fracture energy of the fiber reinforced cement mortar.
The aim of this study is to investigate the ductile fracture behaviour under Mode I loading using SA533B pressure vessel steel. Experiments consist of the Round Notch Bar Test (RNB), Single Edge Crack Bending Test (SECB), and V-Notch Bar Test (VNB). Results from the RNB test were used to tune the damage modelling constant. The other tests were performed to acquire the J-resistance curves and to confirm the damage constants. Microstructural observation includes the measurement of crack profile to obtain the roughness parameter. Finally, simulation using Rousellier Ductile Damage Theory (RDDT) was carried out with 4-node quadrilateral element ($L_c=0.25\;mm$). For the crack advance, the failed element removal technique was adopted with a ${\beta}$ criterion. In conclusion, the predicted simulation using RDDT showed a good agreement with the experimental results. A trial using a roughness parameter was made for a new evaluation of J-resistance curve, which is more conservative than the conventional one.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.3
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pp.415-427
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2002
A clip-on type displacement gage was designed and manufactured to use for fatigue crack growth tests of M(T)(Middle-Tension) specimens. The displacement gage has good response for the deformation of the specimen and has been successfully used not only for constant amplitude loading tests but also far variable amplitude loading tests like as single peak overloading and random loading tests. All the materials for the gage can be obtained easily in domestic market, and the manufacturing cost is very low. It is expected that the designing procedure presented in this study can be applied usefully for designing other displacement gages.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.7
no.6
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pp.258-269
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1999
It is important to evaluate fatigue damage of in-service material in respect to assure safety and remaining fatigue life in structure and mechanical components under cyclic load . Fatigue damage is represented by mathematical modelling with crack growth rate da/dN and cycle ration N/Nf and is detected by X-ray diffraction and ultrasonic wave method etc. But this is estimated generally by single parameter but influenced by many test conditions The characteristics of it indicates fatigue damage has complex fracture mechanism. Therefore, in this study we propose that back-propagation neural networks on the basis of ration of X-ray half-value breath B/Bo, fractal dimension Df and fracture mechanical parameters can construct artificial intelligent networks estimating crack growth rate da/dN and cycle ratio N/Nf without regard to stress amplitude Δ $\sigma$.
In this paper, the effect of matrix cracks on the buckling of a hybrid laminated plate is investigated. The plate is composed of carbon nanotube reinforced functionally graded (CNTR-FG) layers and conventional fiber reinforced composite (FRC) layers. Different distributions of single walled carbon nanotubes (SWCNTs) through the thickness of layers are considered. The cracks are modeled as aligned slit cracks across the ply thickness and transverse to the laminate plane, and the distribution of cracks is assumed statistically homogeneous corresponding to an average crack density. The first-order shear deformation theory (FSDT) is employed to incorporate the effects of rotary inertia and transverse shear deformation, and the meshless kp-Ritz method is used to obtain the buckling solutions. Detailed parametric studies are conducted to investigate the effects of matrix crack density, CNTs distributions, CNT volume fraction, plate aspect ratio and plate length-to-thickness ratio, boundary conditions and number of layers on buckling behaviors of hybrid laminated plates containing CNTR-FG layers.
Abolbashari, Mohammad Hossein;Nazari, Foad;Rad, Javad Soltani
Structural Engineering and Mechanics
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v.51
no.2
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pp.299-313
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2014
In the first part of this paper, the influences of some of crack parameters on natural frequencies of a cracked cantilever Functionally Graded Beam (FGB) are studied. A cantilever beam is modeled using Finite Element Method (FEM) and its natural frequencies are obtained for different conditions of cracks. Then effect of variation of depth and location of cracks on natural frequencies of FGB with single and multiple cracks are investigated. In the second part, two Multi-Layer Feed Forward (MLFF) Artificial Neural Networks (ANNs) are designed for prediction of FGB's Cracks' location and depth. Particle Swarm Optimization (PSO) and Back-Error Propagation (BEP) algorithms are applied for training ANNs. The accuracy of two training methods' results are investigated.
In this paper, a new method has been proposed to detect crack in beam structures under moving mass using regularized extreme learning machine. For this purpose, frequencies of beam under moving mass used as input to train machine. This data is acquired by the analysis of cracked structure applying the finite element method (FEM). Also, a validation study used for verification of the FEM. To evaluate performance of the presented method, a fixed simply supported beam and two span continuous beam are considered containing single or multi cracks. The obtained results indicated that this method can provide a reliable tool to accurately identify cracks in beam structures under moving mass.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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