This study aims to analyze the natural frequency characteristics of multi-cracked extensible beams. The model and governing equations of the multi-cracked beam were derived using Hamilton's principle while considering crack energy. The eigenmode functions were obtained through eigenvalue analysis by applying the patching conditions of the cracks, and the equations for the discretized cracked beam were formulated and solved. The displacement responses from nonlinear system analysis were used to calculate frequencies via Fast Fourier Transform (FFT), and the frequency characteristics were systematically analyzed with respect to the number of cracks, crack depth, and cross-sectional loss. Additionally, the natural frequencies and orthonormal bases of the linear system were derived by exploring the solutions of the characteristic equation reflecting the cracks. Numerical analyses showed that the natural frequency of a cracked extensible beam was higher than that of a cracked EB beam. However, as the number or depth of cracks increased, the natural frequency gradually decreased. Notably, in extensible beams with large deflections, the dynamic changes caused by cracks demonstrated results that could not be obtained through the EB beam model.

The fracture of mechanical structure is caused by internal cracks in the material. Particularly, the fracture can also be seen to happen under the stress that is lower than yield strength in case of high strength steel because of the crack happening from the defect inside the material. In this study, high strength steel with four holes near the center crack were designed by angle and fatigue experiments, and the simulation analyses to verify the experimental results were carried out. As the results of this study, the crack growth rates are shown to be 0.000485, 0.000434 and 0.000422 respectively at the inclined angles of center crack as 22.5°, 45° and 67.5°. The maximum deformation energies become 0.0848mJ, 0.0603mJ and 0.0582mJ respectively at the inclined angles of center crack as 22.5°, 45° and 67.5°. It is thought that this study result can be utilized as the basic data at the study on the material existing with the defects of crack and hole.

At modern mechanical and automotive industry, the material with light weight proceeds in order to thr environmental issue and high performance. Machine part is fastened with numbers of bolts and nuts. Generally, the metal part at mechanical structure is fastened with bolt and nut through puncturing. But it is difficult to puncture at CFRP with the property of fiber structure like the general metal. In this study, the fracture behavior is investigated by the hole and crack at the plate of the unidirectional CFRP due to ply angle. The thickness of plate is 2 mm. Two laminates with the varied ply angles are layered and eight plies are made. The hole is placed at the center of plate and the cracks with the length of 2 mm are generated on both left and right sides from the hole. The finite element program of ANSYS is carried out in order to analyze the CFRP with fiber layer. As analysis, the maximum reaction force and equivalent stress are investigated due the angle of ply. The reaction force in case of the stacking angle of 90° is shown to be greatest among all specimens.

This study investigates the property of crack growth at the specimen of structural steel. The behaviour of fracture mechanics on the specimens with only a center crack and with holes existed symmetrically near a center crack is studied. The tensile load is applied on the specimens with these conditions. Stress intensity factors are obtained by the basis of these experimental values and these values are verified with the structural analysis of finite element method. As the length of center crack becomes larger in case of the specimen with holes existed symmetrically near a center crack, the values of deformation energy and stress become larger. On the contrary, the values of deformation energy and stress become smaller as the length of center crack becomes larger in case of the specimen with only a center crack. By examining the stress intensity factor in this study, this value becomes rather smaller although the length of center crack becomes larger. There is the position where crack is likely to happen or weak part at the mechanical structure or the machine. As the holes are punctured and arranged adequately near this crack or weak part by using the result of this study, the fracture due to it can be prevented.

본 연구에서는 구조용강 시험편 내의 크랙의 성장특성을 주제로 하여 중앙크랙만이 존재하는 시험편과 중앙 크랙의 주변에 대칭으로 구멍들이 존재하는 시험편에 대한 파괴역학적 거동을 규명하고자 하였다. 구조용강으로 만들어진 시험편 내에 두 가지의 조건들을 적용하여 인장실험을 수행하였으며, 이를 통하여 시험편의 응력, Strain energy와 변형량에 대하여 해석하였다. 그리고 이러한 실험값들을 바탕으로 하여 응력확대계수를 구하였으며, 구해진 실험값들의 검증을 위하여 ANSYS 유한요소 해석 프로그램을 사용하여 시뮬레이션 해석을 수행하였다.

In this study, the property of crack growth in structural steel is investigated according to length and angle of crack at the analysis result of model. Strain energy, deformation and stress obtained by finite element analysis are compared with various configuration of crack. Stress intensity factors as fracture toughness are calculated by the basis of strain energy, deformation and stress. As there are almost no errors by comparing stress intensity factors with those from the standard formula, these calculated factors can be confirmed in order to be applied at real structure. In case cracks or holes at structure are existed, the fatigue damage possibility can be examined by use of this study result.

본 연구에서는 구조용강 내 크랙의 성장특성을 크랙의 길이와 각도에 따라 규명하였다. 구조용강으로 만들어진 시편 내의 크랙에 위에 언급한 두 가지의 조건들을 적용하여 실험을 수행하였으며, 이를 통해 Strain energy와 변형량에 대해 알 수 있었다. 그리고 이들 Strain energy와 변형량을 바탕으로 응력확 대계수를 구하였으며, 구해진 실험값들의 검증을 위하여 유한요소 해석 프로그램을 사용하여 시뮬레이션 해석을 수행하였다.

이중외팔보 모델은 일반적으로 복합재료의 구조테스트와 접착 접합의 테스트에 많이 쓰인다. 본 연구 에서 쓰인 재료는 알루미늄 합금2014이다. 또한 접착 구조물의 접착 면에서 발생한 에너지 해방율 및 유한요소해석을 통하여 알루미늄의 충격에 대한 기계적 특성을 알고자 하는 것이 목적에 있다. 상단부와 하단부의 접착 부위는 하중 점으로부터 100mm 떨어지도록 예비크랙을 두어 접착을 하도록 설계하였다. 하중은 핀에 Y축 방향으로 작용하였다. 충격속도는 7. 5m/s와 12.5m/s로 가하였다. 충격속도가 12.5m/s 일 때의 에너지 해방율은 약 7500J/m2으로 나왔다. 충격 속도가 빠를수록 하중 핀에 가해지는 하중이 증가된다는 것을 알 수 있었으며, 에너지 해방율도 높게 나타나는 것을 알 수 있었다.

서로 상호작용을 하는 다수의 이방성 함유체 및 균열(crack)을 포함하는 등방성 무한고체가 정적 무한하중을 받을 때 균열선단에서의 응력확대계수의 계산을 효과적으로 수행할 수 있는 수치해석 방법으로 체적 적분방정식법을 적용한다. 본 해석방법의 타당성과 우수성을 입증하기 위하여, 비교적 간단한 형태의 이방성을 나타나는 직교이방성 함유체와 균열이 포함된 무한고체가 무한하중을 받을 때 균열선단에서의 응력확대계수 계산을 수행하고, 상업용 유한요소법 코드인 ANSYS를 이용한 해석결과와 비교 검토하였다.

본 연구에서는 피로파괴에 영향을 주는 여러 인자중에서 우선 피로크랙전파에 대한 시험편 두께의 영향을 검토하기 위하여 최초 두께 25mm인 일반구조용 압연강재를 평면가공하여 두께 5, 10, 15, 20, 25mm인 CT 시험편을 가공한 후 인장-인장편진반 복피로시험을 행하여 실험한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 피로수명이 가장 짧게 나타나는 임의의 시험편 두께가 존재하며, 본 실험의 경우에는 두께 15m인 시험편의 경우 피로수명이 가장 짧게 나타났다. 2. 피로크랙의 발생은 두께가 두꺼운 시험편의 경우가 늦지만 피로크랙 성장은 두꺼운 시험편의 경우가 빠르게 나타났다. 3. 본 실험에서 paris시의 계수 m의 값은 절위는 1.98~4.59로서 시험편의 두께가 두꺼울수록 m의 값이 크게 된다.(이 논문의 결론부분임)

본 연구에서는 양쪽크랙 인장시험편을 이용한 평면응력 파괴인성치 J 하(1C)를 검토하기 위하여, 두께 4.5mm 일반구조용 압연강판(SS41)을 균질화 및 연화처리하고 각각의 경우에 대하여 크랙비가 0.55, 0.65, 0.75인 시험편을 준비하여 J 하(1C) 및 저항곡선의 거동을 고찰하였다. 얻어진 결과를 요약하면 다음과 같다. 1) 양쪽 크랙 인장시험편을 사용하여 J 하(1C)를 구한 값은 한계하중에 의한 방법이 Rice가 제안한 방법보다 크게 나타남을 알 수 있다. 2) Rice가 제안한 방법으로 J 하(1C)는 실험한 크랙비 범위 0.55-0.75에서 거의 일정한 값을 나타내고 저항곡선의 기울기는 크랙비에 따라 증가하였다. 3) Rice가 제안한 방법으로 [SS41의 J 하(1C)의 평균값은 모재는 22.8kgf/mm, 균질화 처리재는 24.7kgf/mm, 연화처리재는 26.9kgf/mm를 얻었다

대규모의 소성역을 동반하면서 파괴하는 고인성 재료의 탄소성 파괴 반가를 위하여 제안된 바 있는 CPE 모형의 유효성을 입증하고자 소성역의 영향을 보정한 선형 파괴역학과의 이론적 검토와 오오스테나이트계 스테인레스강에 대한 실험적 비교검토를 통하여 얻은 결론은 다음과 같다. 예측한 바와 같이 선형 파괴역학의 적용은 소규모 항복조건이 성립하는 경우에만 가능하며 CPE 모형은 대변형을 형성하면서 파괴하는 경우의 파괴모형으로서 유효하다. 더욱 엄밀한 유효성을 입증하기 위하여 다음의 사항이 필요하다고 본다. 1. 크랙의 길이가 짧은 시험편에 대한 실험이 필요하다. 2. 크랙성장 개시점을 정확하게 찾을 수 있는 방법이 필요하다. 3. 파괴 진행영역에 대한 두께의 영향을 고려해 보아야 할 필요성이 있다.