Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.11
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pp.1856-1863
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2003
Overlay model had several advantages to describe hysteretic behavior of material and showed good capability for many engineering materials. However, this model is only applicable to material obeying Masing postulate. Some materials such as 316L stainless steel do not follow Masing postulate and show cyclic hardening(or softening) and strain range dependence. Low cycle fatigue tests of 316L stainless steel at 600$^{\circ}C$ were performed to investigate the characteristics of cyclic behavior of non-Masing material. From all tests cyclic softening was observed. There were differences in elastic limit of hysteresis loop according to applied strain range. To consider these features, modified overlay model was developed. Yield stresses of subelements were divided into isotropic and anisotropic part to describe the non-Masing behavior. The plastic strain range memorization was introduced to consider the strain range dependence. The prediction using modified overlay model showed a good accordance to actual hysteresis loops.
The initiation and growth processes of cyclic ice body in porous systems are affected by the thermo-physical and mass transport properties, as well as gradients of temperature and chemical potentials. Furthermore, the diffusivity of deicing chemicals shows significantly higher value under cyclic freeze-thaw conditions. Consequently, the disintegration of concrete structures is aggravated at marine environments, higher altitudes, and northern areas. However, the properties of cyclic freeze-thaw with crack growth and the deterioration by the accumulated damages are hard to identify in tests. In order to predict the accumulated damages by cyclic freeze-thaw, a regression analysis by the response surface method (RSM) is used. The important parameters for cyclic freeze-thawdeterioration of concrete structures, such as water to cement ratio, entrained air pores, and the number of cycles of freezing and thawing, are used to compose the limit state function. The regression equation fitted to the important deterioration criteria, such as accumulated plastic deformation, relative dynamic modulus, or equivalent plastic deformations, were used as the probabilistic evaluations of performance for the degraded structural resistance. The predicted results of relative dynamic modulus and residual strains after 300 cycles of freeze-thaw show very good agreements with the experimental results. The RSM result can be used to predict the probability of occurrence for designer specified critical values. Therefore, it is possible to evaluate the life cycle management of concrete structures considering the accumulated damages due to the cyclic freeze-thaw using the proposed prediction method.
A general earthquake resistant design philosophy of ductile frame buildings allows beams to form plastic hinges adjacent to beam-column connections. In order to carry out this design philosophy, the ultimate bond or shear strength of the beam should be greater than the flexural yielding force and should not degrade before reaching its required ductility. The behavior of RC members dominated by bond or shear action reveals a dramatic reduction of energy dissipation in the hysteretic response due to the severe pinching effects. In this study, a method was proposed to predict the deformability of reinforced concrete members with short-span-to-depth-ratios, which would result in bond failure after flexural yielding. Repeated or cyclic loading produces a progressive deterioration of bond that may lead to failure at lower cyclic bond stress levels. Accumulation of bond damage is caused by the propagation of micro-cracks and progressive crushing of concrete in front of the lugs. The proposed method takes into account bond deterioration due to the degradation of concrete in the post yield range. In order to verify bond deformability of the proposed method, the predicted results were compared with the experimental results of RC members reported in the technical literature. Comparisons between the observed and calculated bond deformability of the tested RC members showed reasonably good agreement.
In this study, a numerical method for the material nonlinear analysis of reinforced concrete shell structures including the time dependent effects due to creep and shrinkage is developed. Degenerate shell elements with the layered approach are used. The perfect or strain hardening plasticity model in compression and the linearly elastic model in tension until cracking for concrete are employed. The reinforcing bars are considered as a steel layer of equivalent thickness. Each :steel layer has an uniaxial behaviour resisting only the axial force in the bar direction. A bilinear idealization is adopted to model elasto-plastic stress-strain relationships. For the nonlinear anaysis, incremental load method combined with unbalanced load iterations for each load increment is used. To include time dependent effects of concrete, time domain is divided into several time steps which may have different length. Some numerical examples are presented to study the validity and applicability of the present method. The results are compared with experimental and numerical results obtained by other investigator.
The paper is concerned with the elasto-plastic and geometrically nonlinear analysis of shell structures using an improved degenerated shell element. In the formulation of the element stiffness, the combined use of three different techniques was made. They are; 1) an enhanced interpolation of transverse shear strains in the natural coordinate system to overcome the shear locking problem ; 2) the reduced integration technique in in-plane strains to avoid the membrane locking behavior ; and 3) selective addition of the nonconforming displacement modes to improve the element performances. This element is free of serious shear/membrane locking problems and undesirable compatible/commutable spurious kinematic deformation modes. In the formulation for plastic deformation, the concept of a layered element model is used and the material is assumed von Mises yield criterion. An incremental total Lagrangian formulation is presented which allows the calculation of arbitrarily large displacements and rotations. The resulting non-linear equilibrium equations are solved by the Netwon-Raphson method combined with load or displacement increment. The versatility and accuracy of this improved degenerated shell element are demonstrated by solving several numerical examples.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.32
no.8
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pp.642-653
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2008
In this paper, we propose a 3-D finite element (FE) analysis model with combined physical behavior and kinematical impact factors for evaluation of residual stress in multi-impact shot peening. The FE model considers both physical behavior of material and characteristics of kinematical impact. The physical parameters include elastic-plastic FE modeling of shot ball, material damping coefficient, dynamic friction coefficient. The kinematical parameters include impact velocity and diameter of shot ball. Multi-impact FE model consists of 3-D symmetry-cell. We can describe a certain repeated area of peened specimen under equibiaxial residual stress by the cell. With the cell model, we investigate the FE peening coverage, dependency on the impact sequence, effect of repeated cycle. The proposed FE model provides converged and unique solution of surface stress, maximum compressive residual stress and deformation depth at four impact positions. Further, in contrast to the rigid and elastic shots, plastically deformable shot produces residual stresses closer to experimental solutions by X-ray diffraction. Consequently, it is confirmed that the FE model with peening factors and plastic shot is valid for multi-shot peening analyses.
Recently, the trend toward larger architectural structures continues and accelerates demand for Ultra High Strength Concrete (UHSC) which satisfies structural performance. However, UHSC has weakness in fire and the performance tests are required. In this paper, the change of mechanical properties of 100 MPa grade UHSC exposed to high temperatures ($20^{\circ}C{\sim}800^{\circ}C$) was observed to develop high temperature material model of UHSC: residual compressive strength, modulus of elasticity, property of stress-strain on monotonous loading and property of stress-strain on cyclic loading. In addition, TG/DTA and SEM Images analyses were performed to investigate chemical and physical characteristics of UHSC, and the results of this research were compared with those of previous studies. As a result, UHSC at the heating temperature of $300^{\circ}C$ showed a sharp decrease of residual compressive strength and modulus of elasticity. And It was shown that UHSC had a plastic behavior at more than $400^{\circ}C$ on the cyclic loading and revealed a same tendency in both monotonous and cyclic loading of all heating temperatures. In addition, through TG/DTA and SEM images analyses compared with those from previous studies, it was shown that the deterioration of concrete inner tissue, water evaporation and chemical reaction caused the decrease of residual compressive strength and modulus of elasticity.
The most common structural system for apartment buildings in Korea is adopted to combine structural systems: for example, a moment-resisting frame will be used for lower stories and bearing wall system for the upper stories. This type of buildings have soft and/or weak stories in lower stories, and it may lead to collapse of those buildings during the large earthquake. Reversed cyclic load tests were conducted to estimate the performance and behavioral characteristics of deep beam and exterior column Joints. Experimental parameter is the amount of transverse reinforcement (designed by ACI code and Sheikh's procedure). The results of this study are as follows: (1) The required transverse reinforcement of column designed by Sheikh's procedure requires 2.9 times larger than that designed by ACI procedure. Large amount of transverse reinforcement increase the ductility of the column. (2) Most of the lateral drift in the column is due to the flexural deformation in the joint and plastic hinge region and up-lift rotation. (3) Transverse reinforcement in the exterior column shall be required not only in the hinge region but also in the joint.
Ha, Sung-Hwan;Kang, Cheol-Kyu;Han, Hong-Soo;Han, Kweon-Gyu;Choi, Byong-Jeong
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.23
no.5
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pp.595-606
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2011
This study was conducted to investigate the seismic behavior of steel member resisting frames considering the relative stiffness of the connection and beams. Six-story steel moment frames were designed to study the seismic behavior. The connections were classified into Double Web-Angle connections (DWAs), Top- and Seat-angles with double Web-angles (TWSs), FEMA-Test Summary No. 28, Specimen ID: UCSD-6 (SAC), and Fully Restrained (FR). The rotational stiffness of the semi-rigid connections was estimated using the Three-Parameter Power Model adopted by Chen and Kishi. The relative stiffness, which is the ratio of the rotational stiffness of the connections to the stiffness of the beams, was used. Push-over, repeated loading, and time history analysis were performed for all the frames. The seismic behavior of each frame was analyzed with the story drift, plastic hinge rotation, and hysteretic energy distribution.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.10
no.3
s.49
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pp.149-158
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2006
The reduced beam section (RBS) steel moment connection has performed well in past numerous tests. However there still remain several design issues that should be further examined. One such issue on RBS connection performance is the panel zone strength. Although a significant amount of test data are available, a specific recommendation for a desirable range of panel zone strength versus beam strength has yet to be proposed. In this paper, the effects of panel zone strength on the cyclic performance of RBS connection are investigated based on the available test database from comprehensive independent testing programs. A criterion for a balanced panel zone strength that assures sufficient plastic rotation capacity while reducing the amount of beam buckling is proposed. Numerical studies to supplement the test results are then presented based on the validated finite element analysis. Satisfactory numerical simulation achieved in this study also indicates that numerical analysis based on quality finite element modeling can supplement or replace, at least in part, the costly full-scale cyclic testing of steel moment connections.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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