In the present paper a transient three-dimensional thermo-mechanical model for concrete is presented. For given boundary conditions, temperature distribution is calculated by employing a three-dimensional transient thermal finite element analysis. Thermal properties of concrete are assumed to be constant and independent of the stress-strain distribution. In the thermo-mechanical model for concrete the total strain tensor is decomposed into pure mechanical strain, free thermal strain and load induced thermal strain. The mechanical strain is calculated by using temperature dependent microplane model for concrete (O$\check{z}$bolt, et al. 2001). The dependency of the macroscopic concrete properties (Young's modulus, tensile and compressive strengths and fracture energy) on temperature is based on the available experimental database. The stress independent free thermal strain is calculated according to the proposal of Nielsen, et al. (2001). The load induced thermal strain is obtained by employing the biparabolic model, which was recently proposed by Nielsen, et al. (2004). It is assumed that the total load induced thermal strain is irrecoverable, i.e., creep component is neglected. The model is implemented into a three-dimensional FE code. The performance of headed stud anchors exposed to fire was studied. Three-dimensional transient thermal FE analysis was carried out for three embedment depths and for four thermal loading histories. The results of the analysis show that the resistance of anchors can be significantly reduced if they are exposed to fire. The largest reduction of the load capacity was obtained for anchors with relatively small embedment depths. The numerical results agree well with the available experimental evidence.
The Micromechanics test is new test method which uses comparatively smaller specimen than that required in conventional material tests. There are several methods, such as small-specimen creep test, the continuous indentation test, and small punch(SP) test. Among them, the small punch(SP) test method has been applied to many evaluation fields, such as a ductile-brittle transition temperature, stress corrosion cracking, hydrogen embrittlement, and fracture properties of advanced materials like FGM or MMC. In this study, the small punch(SP) test is performed to evaluate the mechanical properties at high/low temperature from $-196^{\circ}C$ to $650^{\circ}C$ and the material degradation for virgin and aged materials of 9Cr1MoVNb steel which has been recently developed. The ${\Delta}P/{\Delta}{\delta}$ parameter defined a slope in plastic membrane stretching region of SP load-displacement curve decreases according to the increase of specimen temperature, and that of aged materials is higher than the virgin material in all test temperatures. And the material degradation degrees of aged materials with $630^{\circ}C$ -500hrs and $630^{\circ}C$ -1000hrs are $36^{\circ}C$ and $38^{\circ}C$ respectively. These behaviors are good consistent with the results of hardness($H_v$) and maximum displacement(${\delta}_{max}$).
Kim, Gyu-Yong;Jung, Sang-Hwa;Lee, Tae-Gyu;Kim, Young-Sun;Nam, Jeong-Soo
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.14
no.4
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pp.119-125
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2010
The performance deformation of concrete can be caused by many factors such as load, thermal strain and creep at high temperature. Japan, Europe and America have been doing various experimental studies to solve these problems about thermal properties of concrete at high temperature, each study has generated different results due to a heating methods, heating hours, size of specimens and performance of a the loading, heating method, size of specimen and heating machine. There has been no unified experimental method so far. Therefore, this study reviewed experimental studies on the strength performance of concrete subject to heating and loading method. As a result, compressive strength of specimen prestressed increase in the temperature range of between $100^{\circ}C$ and about $400^{\circ}C$. Also, results can be analyzed as compare equation of compressive strength at elevated temperature with CEN and CEB code.
Park, Je Young;Chung, Kyung Soo;Kim, Woo Jae;Lee, Jong In;Kim, Yong Min
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.26
no.6
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pp.707-714
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2014
CFT (Concrete-Filled Tube) is a type of steel column comprised of steel tube and concrete. Steel tube holds concrete and the concrete inside tube takes charge of compressive load. This study presents structural performance of the CFT column which has 73~100 MPa high strength concrete inside. Fluidity, mechanical compression, pump pressure test in flexible pipe were conducted for understanding properties of the high strength concrete. Material properties were achieved by various experimental tests, such as slump, slump flow, air content, U-box, O-Lot, L-flow. In addition, mock-up tests were conducted to monitor concrete filling, hydration heat, compressive strength. From construction sites in Sang-am dong and University of Seo-kang, long-term behaviors could be effectively predicted in terms of ACI 209 material model considering elastic deformation, shrinkage and creep.
For the good combination of high-temperature strength, toughness and creep property, $9-12\%$ chromium steels are often used for gas turbine compressors, steam turbine rotors, blade and casing. In this study, the correlation of microstructural evolution and mechanical properties was investigated fur the specimens heat-treated at 600, 650 and $700^{\circ}C$ for 1000, 3000 and 5000 hrs. The microstructure of as-received specimen was tempered martensite with a high dislocation density, small sub-grains and fine secondary phase such as $M_23C_6$. Aging for long-time at high temperature caused the growth of martensite lath and the decrease of dislocation density resulting in the decrease in strength. However, the evolution of secondary phases had influence on hardness, yield strength and impact property. In the group A specimen aged at $600^{\circ}C\;and\;650^{\circ}C$, Laves phase was observed. The Laves phase caused the increase of the hardness and the decrease of the impact property. In addition, the abrupt growth of secondary phases caused decrease of the impact property in both A and B group specimens.
This study evaluated gender preferences regarding the mechanical properties of polymers that are typically used as cooperative robot skin. Gender-based preferences of workers aged 20~30 and polydimethylsiloxane were examined according to the body parts which is most frequently in contact with the robot during operation. The factors influencing preference, i.e., stiffness and stickiness, as measured by strain rate and contact angle, respectively, were analyzed to compare gender-based differences. Female preferred stiffer materials with small strain rates while male preferred softer materials with large strain rates. As a result of evaluating mechanical properties of the materials to relate to gender-based preference, we found that female tended to prefer Dragon-skin with the lowest stickiness, and a low strain rate, during compressive creep tests. In contrast, male tended to prefer Ecoflex with high strain rate regardless of stickiness. Therefore, these results provide basis for material selection when considering cooperative robot skin.
The main goal of this study is to prepare a program for analyzing High Strength Steel Fibrous Reinforced Concrete (HSSFRC) slabs and predict the response and strength of the slab instead of preparing a prototype and testing it in the laboratory. For this purpose, new equations are proposed to represent the material properties of High Strength Steel Fibrous Reinforced Concrete. The proposed equations obtained from performing regression analysis on many experimental results using statistical programs. The finite element method is adopted for non-linear analysis of the slabs. The eight-node "Serendipity element" (3 DoF) is chosen to represent the concrete. The layered approach is adopted for concrete elements and the steel reinforcement is represented by a smeared layer. The compression properties of the concrete are modeled by a work hardening plasticity approach and the yield condition is determined depending on the first two stress invariants. A tensile strength criterion is adopted in order to estimate the cracks propagation. many experimental results for testing slabs are compared with the numerical results of the present study and a good agreement is achieved regarding load-deflection curves and crack pattern. The response of the load deflection curve is slightly stiff at the beginning because the creep effect is not considered in this study and for assuming perfect bond between the steel reinforcement and the concrete, however, a great agreement is achieved between the ultimate load from the present study and experimental results. For the models of the tension stiffening and cracked shear modulus, the value of Bg and Bt (Where Bg and Bt are the curvature factor for the cracked shear modulus and tension stiffening models respectively) equal to 0.005 give good results compared with experimental result.
Ecren Uzun Yaylaci;Mehmet Emin Ozdemir;Yilmaz Guvercin;Sevval Ozturk;Murat Yaylaci
Advances in nano research
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v.15
no.6
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pp.567-577
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2023
The killing of bacteria by mechanical forces on nanopatterned surfaces has been defined as a mechano-bactericidal effect. Inspired by nature, this method is a new-generation technology that does not cause toxic effects and antibiotic resistance. This study aimed to simulate the mechano-bactericidal effect of nanopatterned surfaces' geometric parameters and material properties against three implant-derived bacterial species. Here, in silico models were developed to explain the interactions between the bacterial cell and the nanopatterned surface. Numerical solutions were performed based on the finite element method. Elastic and creep deformation models of bacterial cells were created. Maximum deformation, maximum stress, maximum strain, as well as mortality of the cells were calculated. The results showed that increasing the peak sharpness and decreasing the width of the nanopatterns increased the maximum deformation, stress, and strain in the walls of the three bacterial cells. The increase in spacing between nanopatterns increased the maximum deformation, stress, and strain in E. coli and P. aeruginosa cell walls it decreased in S. aureus. The decrease in width with the increase in sharpness and spacing increased the mortality of E. coli and P. aeruginosa cells, the same values did not cause mortality in S. aureus cells. In addition, it was determined that using different materials for nanopatterns did not cause a significant change in stress, strain, and deformation. This study will accelerate and promote the production of more efficient mechano-bactericidal implant surfaces by modeling the geometric structures and material properties of nanopatterned surfaces together.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.12
no.3
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pp.11-20
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2008
In this paper, the characteristics of low hardness high damping rubber bearings(HDRB) were studied through various prototype tests. The low hardness HDRB were tested to evaluate vertical stiffness, shear stiffness, equivalent damping ratio, various dependencies of shear properties, ultimate shear properties and other factors. The prototype test was performed according to the specifications of ISO 22762-1, and evaluated according to the specifications of ISO 22762-3. The results of the prototype test showed that shear strain and temperature were the factors that most greatly influenced shear stiffness, and that compressive stress was the factor that most greatly influenced the equivalent damping ratio. The frequency dependence test of shear properties showed that two general tendencies of frequency dependence could be observed. At frequencies over 0.1Hz, the changes in shear properties were small. However, at frequencies under 0.1Hz, the changes in shear properties rapidly decreased. The creep test and the ultimate shear test were also performed, and both of them satisfied the requirements of ISO 22762-3.
Shrinkage strains of concrete slab in multi-story building are restrained by structural members such as columns or walls, then can induce cracks due to excessive shrinkage stress over tensile strength of member. In this study, a shrinkage stress analysis method of concrete slab in multi-story building considering not only material properties such as shrinkage, creep and reinforcement effect but also construction sequence is proposed. Tensile stresses of slab due to shrinkage are calculated by converting shrinkage strains into equivalent temperature gradients, creep that can release shrinkage stress can be considered by replacing the modulus of elasticity of concrete, Ec , to the effective secant modulus of elasticity of concrete, E$\_$eff/ Reinforcements are also considered by modeling them as equivalent beam elements in FEM program. Results of step by step analysis reflecting construction sequence summed up to calculate stresses of the whole building considering that shrinkage stresses of the building come from the difference of shrinkage between i-th floor and (i-1)-th floor, named as effecitive shrinkage, and it can be varied by construction sequence. The results of 10-story example building show that shrinkage stresses of lower floors are greater than those of upper floors, that is, stresses of lower floors(1∼2FI.) exceed modulus of rupture of concrete, but stress ratios of higher floors are in the range of 27.9∼92.8%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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