Existing microplane models for concrete use three-dimensional spherical microplanes in the analysis of two-dimensional planar members as well as three-dimensional members. Also, they do not accurately describe the post-cracking behavior of reinforced concrete in tension-compression. In this study, a new microplane model is developed to overcome the disadvantages of the existing models. Instead of the spherical microplanes, the proposed microplane model uses disk microplanes involving a less number of microplanes and two-dimensional stresses and strains. As the result, the proposed model is more effective in numerical calculations. Also, the concept of the strain boundary is introduced to describe accurately the compressive behavior of reinforced concrete with tensile cracks in tension-compression. The validity of the proposed model is verified by comparison with existing experiments. In this paper, the microplane model and the numerical techniques involved in the finite element analysis are described in detail.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.10
no.6
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pp.154-163
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2006
This paper presents a nonlinear analysis method for the reinforced concrete beams strengthened by the external bonding of high strength, lightweight fiber sheets on the tension face of the beams. The method is based on the results of experimental studies. The experimental study involved tensile tests of 120 specimens to evaluate the tensile properties of fiber sheets(carbon, glass, and aramid fiber) and bending tests of 75 beams strengthened with various types of fiber sheets to evaluate the flexural capacities. Based on these experimental results, reasonable rupture strains of the fiber sheets were estimated. The nonlinear flexural analysis considered nonlinear flexural stresses as compressive and tensile stresses of concrete, load-deflection curves, and rupture strains of fiber sheets. The nonlinear flexural analysis accurately predicts the load-deflection response and the flexural behavior of the retrofitted beams.
Wheel load, design velocity, traffic amount (MGT), stiffness and thickness of sub-layers of asphalt concrete track are selected as performance design parameters in this study. A pseudo-static wheel load computed considering the dynamic amplification factor (DAF) based on the design velocity of the KTX was applied to the top of asphalt concrete track for full three dimensional structural analysis using the ABAQUS program. Tensile strains at the bottom of the asphalt concrete layer and vertical strains at the top of the subgrade were computed from the structural FEA with different combinations of performance parameter values for one asphalt concrete track section. Utilizing the computed structural analysis results such as the tensile strains and the vertical strains, it was possible to develop design graphs to investigate proper track sections for different combination of the performance parameters including wheel load, design velocity, traffic amount(MGT), stiffness and thickness of asphalt concrete layers for any given design life. By analyzing the proposed design graphs for asphalt concrete track, it was possible to propose simple design tables that can be used by engineers for the effective and fast design of track.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.4
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pp.391-397
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2017
Recently, digital image correlation (DIC) techniques have been used to measure dynamic deformation during tensile testing. The standard tensile test method measures the average displacement of the relevant specimen to calculate the true stress-strain curve. Therefore, the validity of the true stress curve is restricted to the stress incurred within the uniform stretching interval, i.e., the maximum stress corresponds to the starting point of the necking deformation. Alternatively, if DIC is used, the effective range of the strain and strain rate can be extended to the breaking point of the tensile specimen, because of the feasibility of measuring the local strain over the entire area of interest. Because of these advantages, many optical 3D measurement systems have been introduced and used in research and industry. However, the conventional 3D measurement systems are exceedingly expensive and time consuming. In addition, these systems have the disadvantage of a very large equipment size which makes their transport difficult. In this study, a 2D image correction method employing a 2D DIC measurement method in conjunction with a numerical analysis method is developed using a smartphone. The results of the proposed modified 2D DIC method yielded higher accuracy than that obtained via the 3D measurement equipment. In conclusion, it was demonstrated that the proposed 2D DIC and calibration methods yield accurate measurement results with low time costs.
Kim, Hong-Seop;Kim, Gyu-Yong;Lee, Sang-Kyu;Choe, Gyeong-Cheol;Nam, Jeong-Soo
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.19
no.3
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pp.201-207
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2019
In this study, the direct tensile properties of amorphous metallic fiber-reinforced cement based composites according to the strain was evaluated. A thin plate-shape amorphous metallic fiber with 15mm and 30mm in length was used. And fiber-reinforced cement based composites were prepared with contents of 1.0, 1.5, 2.0%. The direct tensile test was conducted under the conditions of $10^{-6}/s(static)$ and $10^1/s(dynamic)$ strain rate. As a results, amorphous metallic fiber with a length of 15mm was observed in pull-out behavior from the cement matrix because of the short fiber length and large portion of mixed fiber. On the other hand, amorphous metallic fiber with a length of 30mm were not pulled out from matrix because the bonding force between the fiber and matrix was large due to rough surface and large specific surface area. However, fracture occurred because thin plate shape fibers were vulnerable to shear force. Tensile strength, strain capacity and toughness were improved due to the increase in the fiber length. The dynamic increase factor of L15 was larger that of L30 because the bonding performance of the fiber-matrix interface is significantly affected by the strain rate.
Crack widths play an important role in the serviceability limit state. When crack widths are controlled sufficiently, the reinforcement corrosion can be reduced using only existing concrete cover thickness due to low permeability in the region of finely distributed hair-cracks. Thus, the knowledge about the tensile crack opening is essential in designing more durable concrete structures. Therefore, numerous researches related to the topic have been performed. Nevertheless accurate measurement of a crack width is not a simple task due to several reasons such as unknown potential crack formation location and crack opening damaging strain gages. In order to overcome these difficulties and measure precise crack widths, a displacement measurement system was developed using digital image correlation. Accuracy calibration tests gave an average measurement error of 0.069 pixels and a standard deviation of 0.050 pixels. Direct tensile test was performed using ultra high performance concrete specimens. Crack widths at both notched and unnotched locations were measured and compared with clip-in gages at various loading steps to obtain crack opening profile. Tensile deformation characteristics of concrete were well visualized using displacement vectors and full-field displacement contour maps. The proposed technique made it possible to measure crack widths at arbitrary locations, which is difficult with conventional gages such as clip-in gages or displacement transducers.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.21
no.8
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pp.89-96
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2004
Micro-tensile testing system, consisting of a micro tensile loading system and micro-ESPI(Electronic Speckle Pattern Interferometry) system, has been developed for measurement of micro-tensile properties of thin micro-materials. Micro-tensile loading system had a load cell with the maximum capacity of 50N and micro actuator with resolution of 4.5nm in stroke. The system was used to apply a tensile load to the micro-sized specimen. During tensile loading, the micro-ESPI system acquired interferornetric speckle patterns in the deformed specimen and measured the in-plane tensile strain. The ESPI system consisted of a CCD-camera with a lens and the window-based program developed for this experiment. Using this system, stress-strain curves for 4 kinds of electrolytic copper foil 18$\square$m thick were obtained. From these curves, tensile properties, including the elastic modulus. yielding strength and tensile strength, were determined and also values of the plastic exponent and coefficient based on Ramberg-Osgood relationship were evaluated.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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1996.11a
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pp.3-11
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1996
본 연구는 고체 추진기관의 각종 밀봉 부에 많이 사용되는 O-링의 설계시 고려되는 각종 형상인자의 변화에 따른 O-링의 거동과 응력 상태를 분석하여 설계 최적조건을 찾기 위한 내용을 다루고 있다. 조립 부의 내외경과 조립 공차, 챔퍼길이와 각도, 조립 홈의 외경, 깊이, 폭, 구성반경, O-링의 내경과 선 직경 등의 설계 변수에 의한 조립부 형상과 재료의 물성치, 유한요소 선택 및 요소 분할, 경계조건, 하중조건, 접촉부 정의 등을 MSC/PATRAN3의 $PCL^{[1]}$/로 프로그래밍 하여 설계변수에 의한 결과 분석을 손쉽게 수행할 수 있도록 시도하였다 고무의 Hyperelastic 물성치는 문헌상의 자료$자료^{[2]}$에 제시된 Ogden 상수를 사용하였으며 추후에는 인장시험, 순수전단시험, 이 축 인장시험을 통해 실험적으로 측정$^{[3]}$ 하여 적용할 예정이다. 고무의 대변형, 대 변형률을 고려한 비선형 응력해석은 MSC/PATRAN3의 Advanced FEA 모듈과 ABAQUS 5.5를 사용하였다. 본 연구에서의 해석결과를 설계변수들의 영향을 비교 분석하는데 사용하였으나 그 정확도가 입증된 상태는 아니며 추후 실제 조립 및 수압시험을 통해 평가할 예정이다.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.2
no.3
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pp.5-12
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1985
압력유도연성(Pressure-lnduced Ductility) : 금속성형공정에서의 가장 중요한 인자는 가공물의 연성이다. 금속학적인 측면에서의 연성이란 실온에서 측정되는 것이며 가장 일반적인 연성연성측정방법은 인장시험이다. 금속재료의 연성을 증가시키기 위한 보통의 방법은 가열이며 대부분의 경우 가열된 재료는 보다 연하게 되므로, 보통가열은 변형한도를 증가시키고 성형력을 줄이기 위해 사용되어 왔다. 그 런데 Bridgman은 금속의 연성이란 금속학적 성질 뿐 아니라 주변압력이라는 기계적 방법에 의해서도 조정될 수 있다는 것을 지적하였다. 그는 응력-연신률 선도에서 얻어진 금속의 연성은 정수압을 가함으로써 증가될 수 있다는 것을 보였다. 중간응력, 평균응력, 정수압 응력, 정수압 압력, 주변압력 등의 용어가 같은 의미로 사용되어진다. 재료의 금속학적성질 뿐 아니라 공정의 압력도 변수로 작용하여 성형성을 개선시키게 되는데 이런 현상을 압력유도연성(PID)은 주변압력이 재료내부에서의 공동발생 및 그 성장을 억제하기 때문에 얻어진다. 공동 의 합체 및 성장은 연성파괴의 전제조건이 되므로 이러한 현상이 발생되지 않도록 하면 성형성 및 연성이 증가된다. 공동의 형성 및 예방 과 인장봉의 강도와 변형에 미치는 압력효과의 수학적 해석은 참고문헌 2에 나타나 있다. 이 압력유도연성은 Bobrowsky, Pugh와 Green, Alexander등에 의해 확인되었다.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2010.04a
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pp.211-214
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2010
플랫 플레이트 시스템은 기둥 주위의 국부적인 응력집중 현상으로 인한 뚫림전단 파괴에 대해 취약하다. 따라서 유한요소해석을 통해 이러한 플랫 플레이트 시스템의 뚫림전단 성능을 평가하고자 한다. 슬래브의 전단을 고려하기 위하여 Reissner-Mindlin 가정을 바탕으로 한 등매개변수 감절점 쉘 요소를 적용하였다. 콘크리트의 재료적 비선형 거동을 고려하기 위해 압축거동은 수정압축장 이론을 적용하였으며 인장강성효과 또한 콘크리트 재료모델에 반영하였다. 기존 실험결과와의 비교를 통해 타당성을 검증하고자 하였다. 비교 결과, 약 16%의 오차율을 보였으며 보강비가 낮은 실험체에 비해 보강비가 높은 실험체가 실험결과에 가까운 값을 예측하는 것으로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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