This paper describes the methods to propose the optimal material properties and construction steps that prevent cracks due to the thermal stresses induced by the hydration heat under the construction of the concrete underpass structures. To achieve the goal of this study, the heat transfer theories were employed and the three-dimensional finite element model of the underpass structure was developed and used for the structural analyses. If the volume of the concrete member that is placed at one time is significantly large, the member is assumed to be the mass concrete and is easy to induce cracks. In order to minimize the cracks during the construction, two different methods can be utilized: one is to arrange the construction steps optimally and the other is to change the materials to reduce the probability of the crack occurrence. In this study, the analyses were performed by considering the changes in material properties with time, the characteristics of the hydration heat generation for cements and admixtures, the volume of the concrete placement at one time, and the environmental conditions.
Kim, Jong Sung;Kim, Kyoung Soo;Oh, Young Jin;Chang, Hyun Young;Park, Heung Bae
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.7
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pp.809-815
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2014
The induction heating bending process, which has been recently applied to nuclear piping, can generate residual stresses due to thermomechanical mechanism during the process. This residual stress is one of the crack driving forces that have important effects on crack initiation and propagation. However, previous studies have focused only on geometric shape variations such as the change in thickness and ovality. Moreover, very few studies are available on the effects of process variables on residual stresses. This study investigated the effects of process variables on the residual stress distributions of induction heating bended austenitic stainless steel (316 series) piping using parametric finite element analysis. The results indicated that the heat generation rate and feed velocity have significant effects on the residual stresses whereas the moment and bending angle have insignificant effects.
This study explores the effects of different pre-machining conditions on the deposition characteristics and mechanical properties of austenitic stainless steel samples repaired using direct energy deposition (DED). In the DED repair process, defects such as pores and cracks can occur at the interface between the substrate and deposited material. In this study, we varied the shape of the pre-machined zone for repair in order to prevent cracks from occurring at the slope surface. After repairs by the DED process, macro-scale cracks were observed in samples that had been pre-machined with elliptic and trapezoidal grooves. In addition, it was not possible to completely prevent micro-crack generation on the sloped interfaces, even in the capsule-type grooved sample. From observation of the fracture surfaces, it was found that the cracks around the inclined interface were due to a lack of fusion between the substrate and the powder material, which led to low tensile properties. The specimen with the capsule-type groove provided the highest tensile strength and elongation (respective of 46% and 571% compared to the trapezoidal grooved specimen). However, the tensile properties were degraded compared to the non-repaired specimen (as-hot rolled material). The fracture characteristics of the repaired specimens were determined by the cracks at the sloped interfaces. These cracks grew and coalesced with each other to form macro-cracks, they then coalesced with other cracks and propagated to the substrate, causing final fracture.
In this paper, a new hybrid fiber system (NHFS) is investigated for the application of slab. The steel fiber, polyvinyl alcohol (PVA) fiber and calcium carbonate ($CaCO_3$) whisker is added to form NHFS. The four-point bending test is carried out on the flexural properties of slab with plain, steel fiber, traditional hybrid fiber system (THFS) and NHFS reinforced cementitious composites. The flexural behavior is evaluated by ASTM C1018-97, JCI-SF4 and post-crack strength (PCS) technique. The evaluation parameters of flexural toughness such as toughness index (TI), equivalent flexural strength (EFS) and PCS are determined. The size of slab specimens is $15mm(thickness){\times}50mm(width){\times}200mm(length)$. The results show that adding $CaCO_3$ whisker to THFS can significantly improve the flexural strength, TI, EFS, PCS of the slab. The empirical relation between reinforcing index ($RI_v$) and flexural parameters show that flexural parameters of slabs increase first and then decrease; which indicates that optimum $RI_v$ values can be helpful in the considering the mix design of steel-PVA fibers-$CaCO_3$ whisker composites for achieving the desired flexural-related properties. The scanning electron microscopy is performed to observe the micro-morphological characteristics of the fracture surface, which proved the positive hybrid effect among the different fibers in cementitious composites. The NHFS can arrest the generation and propagation of the crack from micro to macro level.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.10
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pp.1567-1574
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2001
In order to operate an RPV safely it is necessary to keep the pressure-temperature (P-T) limit during the heatup and cooldown process. While the ASME Code provides the P-T limit curve for safe operation, this limit curve has been prepared under conservative assumptions In this paper the effects of conservative assumptions involved in the P-T limit curve specified in the ASME Code Sec. XI were investigated. Three different parameters the crack depth the cladding thickness and the cooling rate, were reviewed based on 3-D finite element analyses. Also the constraint effect on P-T limit curve generation was investigated based on J- T approach. It was shown that the crack depth and the constraint effect change the safe region in P-T limit curve significantly Therefore it is recommended to prepare a more precise P-T limit curve based on finite element analysis to obtain P-T limit for safe operation of an RPV.
Tungsten oxide films were prepared by an electrochemical deposition method for use as the anode in rechargeable lithium batteries. Continuous potentiostatic deposition of the film led to numerous cracks of the deposits while pulsed deposition significantly suppressed crack generation and film delamination. In particular, a crack-free dense tungsten oxide film with a thickness of ca. 210 nm was successfully created by pulsed deposition. The thickness of tungsten oxide was linearly proportional to deposition time. Compositional and structural analyses revealed that the as-prepared deposit was amorphous tungsten oxide and the heat treatment transformed it into crystalline triclinic tungsten oxide. Both the as-prepared and heat-treated samples reacted reversibly with lithium as the anode for rechargeable lithium batteries. Typical peaks for the conversion processes of tungsten oxides were observed in cyclic voltammograms, and the reversibility of the heat-treated sample exceeded that of the as-prepared one. Consistently, the cycling stability of the heat-treated sample proved to be much better than that of the as-prepared one in a galvanostatic charge/discharge experiment. These results demonstrate the feasibility of using electrolytic tungsten oxide films as the anode in rechargeable lithium batteries. However, further works are still needed to make a dense film with higher thickness and improved cycling stability for its practical use.
The degree of the indentation damage and strength degradation for 3Y-TZP ceramics and (Y,Nb)-TZP/$Al_2O_3$ dental implant composites was investigated under the Hertzian cyclic fatigue. Fatigue tests were conducted at contact loads of 500 to 3000 N and up to $10^6$ cycles in exact in vitro environments. At 500 N, no strength degradation and crack generation was observed up to $5{\times}10^5$ contact cycles. Fatigue properties of 3Y-TZP ceramics was superior to (Y,Nb)-TZP/ㅍ composites due to stress relief caused by the phase transformation from tettagonal to monoclinic phase. As contact load increased, the drastic reduction in strength was found when the damage transition from ring to radial crack occurred. The extent of strength degradation was more pronounced in vitro environments probably due to chemical corrosion of artificial saliva through cracks introduced during large numbers of contacts.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.18
no.1
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pp.122-126
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2008
Integrating a 3D solid modeler with a general purpose FEM code, an automatic stress intensity factor analysis system of the 3D crack problems has been developed. A geometry model, i.e. a solid containing one or several 3D cracks is defined. Several distributions of local node density are chosen, and then automatically superposed on one another over the geometry model by using the fuzzy knowledge processing. Nodes are generated and quadratic tetrahedral solid elements are generated by the Delaunay triangulation techniques. Finally, the complete finite element(FE) model generated, and a stress analysis is performed. This paper describes the methodologies to realize such functions, and demonstrates the validity of the present system.
Park, Yun-Mi;Kim, Young-Duck;Kim, Young-Sun;Kim, Ho-Dong;Kim, Gyu-Yong;Kim, Moo-Han
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.937-940
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2008
Recently, the recycling and reusing of construction and demolition waste concrete is urgently required because generation quantity of construction and demolition waste concrete is greatly increased according to the rapid increasing of urban redevelopment project. On the other hand, the problem solution for demand and supply unbalance of fine aggregate is urgently required because of the restriction of collecting sea fine aggregate by intensification of environment influence evaluation and the shortage of river fine aggregate. but a quality of aggregate as building structure is not demonstrated. Therefore it is the objective of this study to estimate plastic and early dry shrink crack of fiber reinforced concrete using a recycled aggregate by plat-ring test and mock-up test of exposure to the air. as a result, in case of plat- ring test, developing crack is wider using recycled aggregate concrete than natural aggregate concrete, is wider using fiber reinforced concrete than non fiber. in case of mock-up test of exposure to the air, it is similar to plat-ring test.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.9
no.3
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pp.95-101
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2009
Constructing large-scale mat foundation mass concrete is increasing for the stability of building structure, because a lot of high rise building are being built in order to make full use of limited space. However, It is of increasing concerns that because limited placing equipments, available job-site and systems for mass concete placement in construction field do not allow to place great quantity of concrete at the same time in large scale mat foundation, consistency between placement lift can not be secured. And also, it is likely to crack due to stress caused by the difference of hydration heat generation time. To find out the solution against above problems, this study is to reconfirm the performance of normal concrete designed by mix proportion and super retarding concrete. The Fundamental test shows what happens if low heat proportioning and control method of setting time are applied at the job-site of newly constructed high rise building. The test result show that slump flow of concrete has been somewhat increased as the target retarding time gets longer, while the air content has been slightly decreased but this is no great difference from normal concrete. The setting time shows to be retarded as target retarding time gets longer, the range of retarding time increases. It is necessary to increase the amount of mix of super retarding agent in the proportion ration by setting curing temperature high since outdoor curing is about 6 hours faster than standard curing, which means the temperature of the concrete will be higher than the temperature of the surrounding environment, due to its high hydration heat when applying in a construction site. The compressive strength of super retarding concrete appears to be lower than normal concrete due to the retarding action in the early stage. However, as the time goes by, the compressive strength gets higher, and by the 28th day the strength becomes the same or higher than normal concrete.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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