Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2007.04a
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pp.487-492
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2007
The enhancement of the service life of damaged or cracked structures is a major issue for researchers and engineers. The hierarchical void element with the integrals of Legend polynomials is used to characterize the fracture behavior 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. The numerical approach is based on the v-version degenerate shell element including the theory of anisotropic laminated composites. 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 of materials. 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 hierarchical void 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.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.28
no.2
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pp.275-284
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1991
Fatigure crack growth from surface defects is one of the most important subjects for the evaluation and the assurance of safety in pressure vessels, piping systems, ship hulls and other various structures. This paper attempts to analysis some practical or general problems such as the estimation of crack growth life to penetrate the plate thickness, based on fatigure crack growth from a single surface flaw and the interaction of multiple flaws. An experiment on the coalescence of multiple undercuts was carried out under cyclic tension condition as a attempt to the analysis of multiple crack problems. It is noted that the fracture strength is characterized by the analogy to that in a single crack growth.
A finite element analysis of crack propagation in a half-space due to sliding contact was performed. The sliding contact was simulated by a rigid asperity moving across the surface of an elastic half-surface containing single and multiple cracks. Single, coplanar, and parallel cracks were modeled to investigate the interaction effects on the crack growth in contact fatigue. The analysis was based on linear elastic fracture mechanics and the stress intensity factor concept. The crack propagation direction was predicted based on the maximum range of the shear and tensile stress intensity factors.
Delaunay triangulation is combined with an adaptive finite element method for analysis of two-dimensional crack propagation problems. The content includes detailed descriptions of the proposed procedure which consists of the Delaunay triangulation algorithm and an adaptive remeshing technique. The adaptive remeshing technique generates small elements around the crack tips and large elements in the other regions. Three examples for predicting the stress intensity factors of a center cracked plate, a compact tension specimen, a single edge cracked plate under mixed-mode loading, and an example for simulating crack growth behavior in a single edge cracked plate with holes, are used to evaluate the effectiveness of the procedure. These examples demonstrate that the proposed procedure can improve solution accuracy as well as reduce total number of unknowns and computational time.
Acoustic emission behavior during fatigue crack growth test was investigated under various loading condition. To describe the acoustic emission activity, counts rate (d/dn) was related with SIFR (stress intensity factor range, K). Results indicated that SIFR could be divided into two parts according to its relationship with counts rate. For $K<25_{MPa\sqrt{m}}$, counts rate was increased as the SIFR increased. However, for values greater than $25_{MPa\sqrt{m}}$ , decreasing behavior was shown. This behavior of counts rate corresponding SIFR was keeping the same trend regardless of load range or crack length. Acoustic emission response to the single overload was sudden drop and slow recovery in counts rate like crack growth retardation. Under variable loading condition, counts rate of each loading block was same as that of constant amplitude loading. Overall experimental data was somewhat scattered since sensitive characteristics of acoustic emission method. However, these empirical relations indicated that counts rate was uniquely correlate with single parameter, SIFR.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.2
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pp.199-208
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1997
A local strain approach was applied to an external single and double grooved C-shaped specimen in order to evaluate and predict the fatigue crack initiation life by using low cycle fatigue properties. The low cycle fatigue properties were determined from the strain-controlled fatigue tests using smooth cylindrical axial specimens. Fatigue crack initiation life was evaluated by a life prediction software, FALIPS, based on the local strain approach. The fatigue life was significantly influenced by the mean stress, and SWT parameter represented the fatigue life effectively. The predicted fatigue crack initiation life was then compared to the experimental fatigue life evaluated from the C-shaped fatigue test specimens. A good correlation was found between the experimental and predicted fatigue lives within factors of 2 and 4 for the single and double grooved C-shaped specimens respectively. Also, experimental fatigue life of the double grooved specimen was 10-12 times longer than that of the single grooved specimen.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.14
no.5
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pp.1186-1192
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1990
It is well known that the fatigue crack growth retardation following overloads can be estimated reasonably well by the models of Wheeler and Willenborg. These models, however, can not explain the delayed-retardation revealed by every experimental result. This means that they necessarily have some qualitative defects in themselves despite of a fair approximation of quantity. In fact, they did not take into account the effects of the compressive portion of the overload cycle such as the change of reversed plastic zone size. The present study is focused on the acceleration effect in the reversed plastic zone in order to analyze qualitatively delayed-retardation phenomenon following single peak overload on the fatigue crack growth behavior using 2024-T3 aluminum alloy.
We review a series of crack problems arising in the general deformations of a linearly elastic solid (Mode-I, Mode-II and Mode-III crack) and, perhaps more significantly, when the contribution of surface effects are taken into account. The surface mechanics are incorporated using the continuum based surface/interface model of Gurtin and Murdoch. We show that the deformations of an elastic solid containing a single crack can be decoupled into in-plane (Mode-I and Mode-II crack) and anti-plane (Mode-III crack) parts, even when the surface mechanics is introduced. In particular, it is shown that, in contrast to classical fracture mechanics (where surface effects are neglected), the incorporation of surface elasticity leads to the more accurate description of a finite stress at the crack tip. In addition, the corresponding stress fields exhibit strong dependency on the size of crack.
A composite element method (CEM) is presented to analyze the free and forced vibrations of a cracked Euler-Bernoulli beam with axial force. The cracks are introduced by using Christides and Barr crack model with an adjustment on one crack parameter. The effects of the cracks and axial force on the reduction of natural frequencies and the dynamic responses of the beam are investigated. The time response sensitivities with respect to the crack parameters (i.e., crack location, crack depth) and the axial force are calculated. The natural frequencies obtained from the proposed method are compared with the analytical results in the literature, and good agreement is found. This study shows that the cracks in the beam may have significant effects on the dynamic responses of the beam. In the inverse problem, a response sensitivity-based model updating method is proposed to identify both a single crack and multiple cracks from measured dynamic responses. The cracks can be identified successfully even using simulated noisy acceleration responses.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.8
no.2
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pp.126-136
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1999
We studied on crack growth retardation in single overloading condition. Crack tip branching which as the second mechanism on crack growth retardation was examined. Crack tip branching was observed to kinked type and forked type. It was found that the branching angle range was from 25 to 53 degree. The variations of crack driving force with branching angle were calculated with finite element method The variation of {{{{ KAPPA _I}}}}, {{{{ KAPPA _II}}}} and total crack driving force(K) were examined respectively So {{{{ KAPPA _I}}}}, {{{{ KAPPA _II}}}} and K mean to mode I, II and total crack driving force. Present model(Willenborg's model) for crack growth retardation prediction was modified to take into consideration the effects of crack tip branching When we predicted retardation with modified model. it was confirmed that predicted and experimental results coincided with well each other.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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