The crack under the influence of the higher intensities of the stresses grows and the structure gets collapsed with the time when the crack length reaches to critical value. Therefore, the fracture behavior of a structure in terms of stress intensity factors (SIF) becomes important to determine the remaining fracture strength and capacity of material and structure for avoiding catastrophic failure, increasing safety and further improvement in the design. The robustness of the method has been demonstrated by comparing the numerical results with analytical and experimental results of some problems. XFEM is used to model cracks and holes in structures and predict their strength and reliability under service conditions. Further, XFEM is extended with a stochastic method for predicting the sensitivity in terms of output COVs and fracture strength in terms of mean values of stress intensity factors (SIFs) of a structure with discontinuities (cracks and holes) under tensile loading condition with input individual and combined randomness in different system parameters. In stochastic technique, the second order perturbation technique (SOPT) has been used for the predicting the fracture behavior of the structures. The stochastic/perturbation technique is also known as Taylor series expansion method and it provides the reliable results if the input randomness is less than twenty percentage. From the present numerical analysis it is observed that, the crack tip near to the hole is under the influence of the stress concentration and the variational effect of the input random parameters on the crack tip in terms of the SIFs are lesser so the COVs are the less sensitive. The COVs of mixed mode SIFs are the most sensitive for the crack angles (α=45° to 90°) for all the values of c1 and d1. The plate with the shorter distance between hole and crack is the most sensitive with all the crack angles but the crack tip which is much nearer to the hole has the highest sensitivity.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.17
no.2
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pp.175-181
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2017
The purpose of this study is evaluating the characteristics of tensile strength of UHPC and examining tensile performance of notched specimens by direct tensile test. For test variables, 120, 150, and 180MPa of target design standard strength were aimed at. With general water curing and $90^{\circ}C$ high temperature steam as curing conditions, the properties were reviewed. Overall, it was represented that the specimens of notch-type direct tensile strength concrete was effective in inducing central cracks compared with existing direct tension specimens. Through this, it was judged that data construction with high reliability was possible. Above all, in a graph of direct tensile strength and strain, in the case of steam curing at high temperature, there was great difference of initial tensile strength compared with water curing. As passing of ages, an aspect that the difference gradually decreased was shown. Maximum tensile strength was found to increase steadily with increasing age for all target design strengths in water curing, in the case of steam curing, the tendency to increase significantly due to the initial strength development effect at 7 days of age. The initial crack strength increases with age in case of underwater curing, in the case of steam curing, it was higher than that of water curing in 7 days, while the strength of 28 days was lowered. In this part, it is considered necessary to examine the arrangement condition of the steel fiber.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.3
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pp.245-252
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2012
This paper proposes a simple numerical method, based on the stress-modified fracture strain-damage model with the stress-reduction technique, for predicting the failure behaviors of ductile plates with multiple through-wall cracks. This technique is implemented using the user-defined subroutines provided in ABAQUS. For validation, the results simulated using the proposed method are compared with published experimental data of Japanese researchers.
In this study, cracking susceptibility of laser cladding was investigated according to the processing parameters such as laser power, scan speed and feeding rate with blended powders of stellite#6 and technolase40s (WC+NiCr). The solidification microstructure of clad was composed of Co-based dendrite structures with ${\gamma}+Cr7C3$ eutectic phases at the dendritic boundaries. The crack propagation showed transgranular fracture along dendritic boundaries due to brittle chrome carbide at the eutectic phases. From results of fractography experiments, the fracture surface was typical cleavage brittle fracture in the clad and substrate. The number of clad cracks, caused by a tensile stress after the solidification, increased with increase of laser power, scan speed and feeding rate. Increase of the laser power caused large pores by facilitating WC decarburizing reaction. And the pores affected increase of crack susceptibility. High scan speed caused increment of clad cracks due to thermal stress and WC particle fractures. Also, increase of the feeding rate accompanied an amount of WC particles causing crack initiation and decarburizing reaction.
The study of the tensile strength of composite materials is far more complex than analysis of the properties of elasticity and plasticity. Indeed, during mechanical loading, micro-cracks in the matrix, the fibers break, debonding of the interfaces are created. The failure process of composites is of great diversity and cannot be described if even we know: the strength criterion of each individual component, the state of stress and strain in the material, the propagation phenomena cracks in the structure and nature of the interface between the matrix and the reinforcement. This information is only partially known and the obtained by the analysis of a stress limit beyond which there is destruction of the material is almost impossible. To partially process the issue, a solution lies in a mesoscopic approach of seeking a law to locate the ultimate strength of the material for a plane stress state. Tests on rectangular plates in bending PEEK/APC2 and T300/914 three were made and this in order to validate our approach, the calculation has been implemented in a nonlinear finite element code (Castem 2000), in order to make comparison with the numerical results. The results show good agreement between numerical simulation and the two materials; however, it would be interesting to consider other phenomena in the criterion.
Experimental and discrete element method were used to investigate the effects of joint number and its angularities on the shear behaviour of joint's bridge area. A new shear test condition was used to model the gypsum cracks under shear loading. Gypsum samples with dimension of 120 mm×100 mm×50 mm were prepared. the length of joints was 2cm. in experimental tests, the joint number is 1, 2 and 3 and its angularities change from 0° to 90° with increment of 45°. Assuming a plane strain condition, special rectangular models are prepared with dimension of 120 mm×100 mm. similar to joints configuration in experimental test, 9 models with different joint number and joint angularities were prepared. This testing show that the failure process is mostly governed by the joint number and joint angularities. The shear strengths of the specimens are related to the fracture pattern and failure mechanism of the discontinuities. The shear behaviour of discontinuities is related to the number of induced tensile cracks which are increased by increasing the rock bridge length. The strength of samples decreases by increasing the joint number and joint angularities. Failure pattern and failure strength are similar in both of the experimental test and numerical simulation.
In this study a model for the constitutive relation of a plane concrete is proposed using a micromechariical model. In this model a precursor crack is assumed to exist in the aggregate-cement paste interface, and the LEFM is used to predict the nucleation of the bond cracks and the grow th of mortar cracks. For computational convenience the bond crack-mortar crack configuration is transformed into a straight crack with a point force in the middle. 'The overall compliance and the cons,titutive relation are predicted from the damage due to microcracks, and the predicted stress-strain curves are compared with some experimental data. According to the results, the model predictions are better for under tensile loading than under compression, for high, strength concrete than for normal strength concrete.
In order to investigate the dynamic impact resistance of steel fiber reinforced full light-weight concretes, we implemented drop weight impact test on a total of 6 reinforced beams with 0, 1 and 2%, steel fiber volume fraction. The purpose of this test was to determine the failure modes of beams under different impact energies. Then, we compared and analyzed the time-history curves of impact force, midspan displacement and reinforcement strain. The obtained results indicated that the deformations of samples and their steel fibers were proportional to impact energy, impact force, and impact time. Within reasonable ranges of parameter values, the effects of impact size and impact time were similar for all volumetric contents of steel fibers, but they significantly affected the crack propagation mechanism and damage characteristics of samples. Increase of the volumetric contents of steel fibers not only effectively reduced the midspan displacement and reinforcement strain of concrete samples, but also inhibited crack initiation and propagation such that cracks were concentrated in the midspan areas of beams and the frequency of cracks at supports was reduced. As a result, the tensile strength and impact resistance of full light-weight concrete beams were significantly improved.
To survive in outdoor environments, photovoltaic modules rely on packaging materials to provide requisite durability. We analyzed the properties of encapsulant materials that are important for photovoltaic module packaging. Recently, the thickness of solar cell gets thinner to reduce the quantity of silicon. And the reduced thickness make it easy to be broken while PV module fabrication process. Solar cell's micro cracks are increasing the breakage risk over the whole value chain from the wafer to the finished module, because the wafer or cell is exposed to tensile stress during handling and processing. This phenomenon might make PV module's maximum power and durability down. So, when using thin solar cell for PV module fabrication, it is needed to optimize the material and fabrication condition which is quite different from normal thick solar cell process. Normally, gel-content of EVA sheet should be higher than 80% so PV module has long term durability. But high gel-content characteristic might cause micro-crack on solar cell. In this experiment, we fabricated several specimen by varying curing temperature and time condition. And from the gel-content measurement, we figure the best fabrication condition. Also we examine the crack generation phenomenon during experiment.
Interfacial cracks between an isotropic and orthotropic material, subjected to static far field tensile loading are analyzed using the technique of photoelasticity. The fracture parameters are extracted from the full-field isochromatic data and the same are compared with that obtained using boundary collocation method. Dynamic Photoelasticity combined with high-speed digital photography is employed for capturing the isochromatics in the case of propagating interfacial cracks. The normalized stress intensity factors for static crack is greater when $\alpha=90^{\circ}C$ (fibers perpendicular to the interface) than when $\alpha=0^{\circ}C$ (fiber parallel to the interface) and those when $\alpha=90^{\circ}C$ are similar to ones of isotropic material. The dynamic stress intensity factors for interfacial propagating crack are greater when $\alpha=0^{\circ}C$ than $\alpha=90^{\circ}C$. The relationship between complex dynamic stress intensity factor $|K_D|$ and crack speed C is similar to that for isotropic homogeneous materials, the rate of increase of energy release rate G or $|K_D|$ with crack speed is not as drastic as that reported for homogeneous materials.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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