The task of plastic theory is twofold: first, to set up relationships between stress and strain that adequately describe the observed plastic deformation of metals, and second, to develop techniques for using these relationships in studying of the mechanics of metal forming processes, and the anlaysis and design of structures. One of the major problems in the theory of plasticity is to describe the behavior of work-hardening materials in the plastic range for complex loading histories. This can be achieved by formulating constitutive laws either in the integral or differential forms. To adequately predict the response of steel members during cyclic loading, the hardening rule must account for the features of cyclic stress-strain behavior. Neithe of the basic isotropic and kinematic hardening rules is suitable for describing cyclic streess-strain behavior, although a kinematic hardening rule describes the nearly linear portions of the stabilized hystersis loops. There is also a limited expansion of the yield surface as predicted by the isotropic hardening rule. Strong ground motions or wind gusts affect the complex and nonproportional loading histories in the inelastic behavior of structues rather than the proportional loading. Nonproportional loading is defined as externally applied forces on the structure, with variable ratios during the entire loading history. This also includes the rate of time-dependency of the loads. For nonproportional loading histories, unloading may take place along a chord instead of the radius of the load surface. In such cases, the shape of the stress-strain curve has to be determined experimentally for all non-radial loading conditions. The plasticity models including two surface models ae surveyed based on a yield surface and a bound surface that represent a state of maximum stress. This paper is concerned with the improvement of a plasticity models of the two-surface type for structural steel. This is follwed by an overview of plasticity models on structural steel. Finally the need for further research is identified.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.21
no.11
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pp.753-764
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2020
In this study, the plastic zone and internal earth pressure of the tunnel were calculated using the following three methods: metal plasticity to analyze the deformation of metal during plastic processing, Terzaghi's earth pressure theory from the geotechnical perspective and modified Terzaghi's earth pressure theory, and slip line theory using Mohr-Coulomb yield conditions. All three methods are two-dimensional mathematical analysis models for analyzing the plane strain conditions of isotropic materials. Using the theory of metallurgical plastics, the plastic zone and the internal earth pressure of the ground were obtained by assuming that the internal pressure acts on the tunnel, so different results were derived that did not match the actual tunnel site, where only gravity was applied. An analysis of the plasticity zone and earth pressure via the slip-line method showed that a failure line is formed in a log-spiral, which was found to be similar to the real failure line by comparing the results of previous studies. The earth pressure was calculated using a theoretical method. Terzaghi's earth pressure was calculated to be larger than the earth pressure considering the dilatancy effect.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.16
no.2
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pp.181-191
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2014
This study aims to evaluate cutter acting forces as well as axial stresses and torques in the shaft of two kinds of disc cutters including a single disc cutter and a double disc cutter with the same cutter ring geometry in a series of linear cutting tests. From the tests, the mean values of normal forces and rolling forces acting on the double disc cutter were approximately twice as high as those from the single disc cutter. Similarly, the mean values of axial stresses in the shaft of the double disc cutter were also twice as high as those from the single disc cutter even though the comparisons of torques from two kinds of disc cutters were insignificant since they showed very low values. However, it is necessary to take the durability of a tapered roller bearing used for the double disc cutter into high consideration since the average normal force from the double disc cutter exceeds the allowable force for a disc cutter with the diameter of 432 mm (17 inches). Finally, there is no practical problem in terms of axial stresses in the shaft of the double disc cutter since they are much lower than the yielding stress of the cutter shaft material, even though the axial stresses in the shaft of the double disc cutter are approximately twice as high as those from the single disc cutter.
The virgin and recycled polyethylene composites with various ratio of fly ash were manufactured by using a fully intermeshing co-rotating twin screw extruder for the reuse of fly ash from power plant and post-consumed polyethylene. Fly ash were blended with virgin HDPE and recycled polyethylene at the weight fraction of 0 to 40 wt.%. Mechanical properties such as yield strength, abrasion resistance, and slow crack resistance were measured with ISO and ASTM standards. The experimental results for the various composites showed that the elongation at break and the yield stress of the composites decreased with increasing fly ash contents. Generally, the abrasion resistance of PEs decreased with increasing sandpaper grits but the abrasion resistance of the composites increased with fly ash content at finer abrasive surface. The slow crack growth resistance of virgin HDPE, recycled JRPE and the JRPE composite showed higher slow crack growth resistance up to 50% of load at notch depth of 20% and 30%, but KRPE and the KRPE composite showed much lower resistance than virgin HDPE, JRPE and the JRPE composite. Time to break, measured with NCLS test method, of all PEs and the composites satisfies the regulation of Korean Industrial Specification for sewer pipe and support application.
Park, Seok Jae;Choi, Wae Ho;Kim, Yo Suk;Shin, Yeong-Soo
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.13
no.5
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pp.567-575
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2001
In order to consider statistical properties of probability variables used in the structural analysis the conventional approach using the safety factor based on past experience usually estimated the safety of a structure Also the real structures could only be analyzed with the error in estimation of loads material characters and the dimensions of the members. But the errors should be considered systematically in the structural analysis Safety of structure could not precisely be appraised by the traditional structural design concept Recently new aproach based on the probability concept has been applied to the assessment of structural safety using the reliability concept Thus the computer program by the Probabilitstic FEM is developed by incorporating the probabilistic concept into the conventional FEM method. This paper estimated for the reliability of a plane stress structure by Advanced First-Order Second Moment method using von Mises, Tresca and Mohr-Coulomb failure criterions. Verification of the reliability index and failure probability of attained by the Monte Carlo Simulation method with the von Mises criterion were same as PFEM, but the Monte Carlo Simulation were very time-consuming. The variance of member thickness and load could influence the reliability and failure probability most sensitively among the design variables from the results of the parameter analysis. The proper failure criterion according to characteristic of materials must be used for safe design.
Choi, Hoon Seok;Kim, Jae Hoon;Na, Seong Hyun;Lee, Youn Hyung;Kim, Sung Hun;Kim, Young Kyun;Kim, Ki Dong
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.5
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pp.429-435
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2016
Cold stretching(CS) pressure vessels from ASS304 (austenitic stainless steel 304) are used for the transportation and storage of liquefied natural gas(LNG). CS pressure vessels are manufactured by pressurizing the finished vessels to a specific pressure to produce the required stress ${\sigma}_k$. After CS, there is some degree of plastic deformation. Therefore, CS vessels have a higher strength and lighter weight compared to conventional vessels. In this study, we investigate the tensile and fatigue behavior of ASS304 sampled by CS pressure vessels in accordance with the ASME code at cryogenic temperature. From the fatigue test results, we show S-N curves using a statistical method recommended by JSEM-S002. We carried out the fractography of fractured specimens using scanning electron microscopy (SEM).
Triboelectric nanogenerator (TENG) is one of the energy harvesting methods in spotlight that can convert mechanical energy into electricity. As TENGs produce high electrical output, previous studies have shown TENGs that can power small electronics independently. However, recent studies have reported limitations of TENG due to air breakdown and field emission. In this study, we developed a triboelectric nanogenerator that utilizes the metal-to-metal surface contact to induce ion-enhanced field emission and electron avalanche for electrons to flow directly between two electrodes. The average peak open-circuit voltage of this TENG was measured as 340 V, and average peak closed-circuit current was measured as 10 mA. The electrical output of this TENG has shown different value depending on the surface charge of surface charge generation layer. The TENG developed in this study have produced RMS power of 0.9 mW, which is 2.4 times higher compared to conventional TENGs. The TENG developed in this study can be utilized in charging batteries and capacitors to power portable electronics and sensors independently.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.35
no.2
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pp.275-285
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2015
This experimental study presents the fatigue evaluation of a precast deck connected using Ultra-High Performance, Fiber Reinforced Concrete (UHPFRC). Four types of two identical large-scale specimens were fabricated with simplified splice rebar details which had a short splice length of ten times rebar diameter. The flexural behavior of each type of specimens until failure was investigated and fatigue behavior of the same type of specimens was then evaluated using two-million cyclic loading. In the flexural tests, tensile rebars exhibited the deformation exceeding yielding strain but failure mode related to the splice details was not observed in spite of such a short splice length. In the fatigue tests, damage was not appreciably accumulated by the cyclic loading except initial flexural cracks and the stress variations in tensile rebars was less than the allowable stress range. These experimental results demonstrate that all types of specimens exhibited acceptable fatigue performance and indicate that enhanced mechanical properties of ultra-high performance material permits to use a simplified splice details along with short joint width.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.21
no.1
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pp.373-379
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2020
This study performed stress and fatigue life analysis of the damping hinge of a built-in side-by-side refrigerator that occurs when the door is opened to the maximum angle. An analysis of the initial design showed that stress concentration occurred at the corner between the cylinder and upper disk of the bracket pin, and the maximum stress exceeded the yield strength. The maximum stress location and the calculated fatigue life were consistent with the door opening-and-closing endurance test results for a prototype. Three cases of design improvement for the bracket pin were derived with the aim of reducing the stress concentration that appeared in the initial design. An analysis of the cases showed that inserting a fillet between the disk and the cylinder of the bracket pin reduced the stress and increased the fatigue life. Moreover, changing the disk into two steps was more favorable. In conclusion, the best design improvement was the case that the disk was changed to two steps and the fillet with a large radius was inserted. In that case, the stress was the smallest and the fatigue life was infinite.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.41
no.7
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pp.635-643
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2017
The purpose of this study is to investigate the influence of the cold reduction rate and an ultrasonic fatigue test (UFT) on the fatigue behaviors of STS 304L. The tensile strength, yield strength, hardness value and fatigue limit in the UFT fatigue test linearly increased as thickness decreased from 1.5 mm to 1.1 mm, as the cold reduction rate of STS 304L increased. As a result of the UFT fatigue test (R = -1) of four specimens, the fatigue limit of the S-N curve formed a knee point in the region of $10^6$, and the 2nd fatigue limit caused by giga cycle fatigue did not appeared. In the case of t = 1.1 mm, the highest fatigue limit was 345 MPa, which was 64.3% higher than the original material (t = 1.5 mm). As a result of the UFT fatigue test of STS 304L, many small surface cracks occurred, grown, coalesced while tearing.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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