An energy based crack growth model is developed in this study to simulate the propagation of top-down cracking in asphalt pavements. A viscoelastic fracture mechanics approach, generalized J integral, is employed to model the crack growth of asphalt concrete. Laboratory fatigue crack propagation tests for three different asphalt mixtures are performed at various load levels, frequencies and temperatures. Disk-shaped specimens with a proper loading fixture and crack growth monitoring system are selected for the tests. It is observed from the tests that the crack propagation model based on the generalized J integral is independent of load levels and frequencies, while the traditional Paris’ law model based on stress intensity factor is dependent of loading frequencies. However, both models are unable to take care of the temperature dependence of the mixtures. The fatigue crack propagation model proposed in this study has a good agreement between experimental and predicted crack growth lives, which implies that the energy based J integral could be a better parameter to describe fatigue crack propagation of viscoelastic materials such as asphalt mixtures.

본 논문에서는 다중 균열 구조물에서의 균열 진전에 따른 에너지 해방을 및 고차 미분값을 구할 수 있는 가상균열 진전법을 제시한다. 이 방법은 다중 균열 체계의 에너지 해방율과 고차 미분값이 단 한번의 해석으로 수행될 수 있는 장점이 있다. 예제에서 얻어진 해의 최대 오차는 에너지 해방율 0.2%, 일차 미분값이차 미분값 이다 이 방법으로 구한 에너지 해방률의 미분값들은 파괴 확률을 구하거나, sire effect law에 적용될 수 있다.

용접접합부 균열의 파괴역학적 해석을 위해서는 용접중에 발생하는 잔류응력해석과 파괴해석이 병행되어야 한다. 잔류응력이 존재하면 J-적분은 더 이상 적분경고에 관계없이 인정한 값을 갖는 특성을 잃어버리게 된다. 또한 균질한 재료와는 달리 이종재료 계면균열에서는 균열선난에서 Mode I과 Mode II의 파괴거동이 동시에 발생한다. 그러므로 이종강재 용접접합부 균열의 J-적분 해석을 위해서는 이종강재 용접시 발생하는 잔류응력이 존재하는 경우에도 적분경로에 관계없이 일정한 값을 갖는 새로운 J-적분식이 도입되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 기존의 J-적분을 수정하여, 이종강재 용접시 발생하는 잔류응력이 존재하는 경우에 경로 독립성을 유지하는 J-적분을 고찰하고, 이를 이용하여 잔류응력과 외력이 동시에 작용하는 균열선단에서의 J-적분을 해석할 수 있는 프로그램을 개발하였다. 자체개발한 탄소성 해석프로그램을 이용하여 이종강재 용접시 잔류응력과 외력에 대한 응력분포를 계산하였으며, 이를 이용하여 잔류응력과 외력의 복합하중에 대한 J-적분을 계산하였다.

선형탄성파괴역학에서 특히 균열 쉘의 응력집중계수 산정을 위해 p-version 유한요소법에 기초한 선진유한요소기법이 제안되었다. 세가지 균열된 쉘 예제를 통해 응력집중계수 산정은 종래의 h-version 유한요소모델에 비하여 p-version 유한요소 모델이 수렴성과 정확도 면에서 훨씬 더 적합함을 보여주고 있다. 이 기법의 주요 이점은 근사해의 정확도가 요소분할이나 균열선단요소 또는 혼합형 변분원리등의 특별고려가 없이 확보될 수 있다는데 있다.

This paper presents the effect of tensile strength of PP fiber on the fiber bridging behavior and density, compression, and tension test results of high strength PP fiber based fiber reinforced composite that has high strength as well as high ductility.