Traditionally used analytical approach to predict the fatigue failure of reinforced concrete (RC) structure is generally conservative and has certain limitations. The nonlinear finite element method (FEM) offers less expensive solution for fatigue analysis with sufficient accuracy. However, the conventional implicit dynamic analysis is very expensive for high level computation. Whereas, an explicit dynamic analysis approach offers a computationally operative modelling to predict true responses of a structural element under periodic loading and might be perfectly matched to accomplish long life fatigue computations. Hence, this study simulates the fatigue behaviour of RC beams with finite element (FE) assemblage presenting a simplified explicit dynamic numerical solution to show computer aided fatigue behaviour of RC beam. A commercial FEM package, ABAQUS has been chosen for this complex modelling. The concrete has been modelled as a 8-node solid element providing competent compression hardening and tension stiffening. The steel reinforcements are simulated as two-node truss elements comprising elasto-plastic stress-strain behaviour. All the possible nonlinearities are duly incorporated. Time domain analysis has been adopted through an automatic Newmark-β time incremental technique. The program consists of twelve RC beams to visualize the real behaviour during fatigue process and to obtain the reliability of the study. Both the numerical and experimental results indicate a redistribution of stresses along the time and damage accumulation of beam which severely affect the serviceability and ultimate capacity of RC beam. The output of the FEM analysis demonstrates good match with the experimental consequences which affirm the efficacy of the computer aided model. The controlled fatigue damage evolution at service fatigue load limits makes the FE model an efficient tool in predicting high cycle fatigue behaviour of RC structures.
Due to the scarcity of extortionate experimental data, fatigue failure of the reinforced concrete (RC) element might be achieved economically adopting nonlinear finite element (FE) analysis as an alternative approach. However, conventional implicit dynamic analysis is expensive, quasi-static method overlooks interaction effects and inertia, direct cyclic analysis computes stabilized responses. Apart from this, explicit dynamic analysis may provide a numerical operating system for factual long-term responses. The study explores the fatigue behavior based on a simplified explicit dynamic solution employing nonlinear time domain analysis. Among fourteen RC beams, one beam is selected to validate under static loading, one under fatigue with the experimental study and other twelve to check the detail fatigue behavior. The SWOT (Strength, Weakness, Opportunities, Threats) analysis has been carried out to pinpoint the detail scenario in the adoption of numerical approach as an alternative to the experimental study. Excellent agreement of FE and experimental results is seen. The 3D nonlinear RC beam model at service fatigue limits is truthful to be used as an expedient contrivance to envisage the precise fatigue behavior. The simplified analysis approach for RC beam under fatigue offers savings in computation to predict responses providing acceptable accuracy rather than the complicated laboratory investigation. At higher frequency, the flexural failure occurs a bit earlier gradually compared to the repeated loading case of lower frequency. The deflection increases by 6%-10% at the end of first cycle for beams with increasing frequency of cyclic loading. However, at the end of fatigue loading, greater deflection occur earlier for higher load range because of more rapid stiffness degradation. For higher frequency, a slight boost in concrete compressive strains at an initial stage of loading has been seen indicating somewhat stepper increment. Stiffness degradation in larger loading cycle at same duration escalates the upsurge of the rate of strain in case of higher frequency.
The influence of different heat treatment conditions on microstructure, mechanical and fatigue properties of Spheroidal Graphite cast Iron with 0.4-0.6% Mn was investigated. 1) Maximum tensile strength was arrived by tempering at about $450^{\circ}C$after quenching. Tempering at higher than $600^{\circ}C$ was changed martensitic structure to ferritic structure and secondary graphites were precipitated. 2) The relationship between matrix hardness and total hardness of the specimens are as following. [HB]$T$=0.7[HB] [HB]$M$+35 Maximum tensile strength was arrived at the total hardness of HB400-450. 3) Endurance ratio decreases with increasing total hardness, and fatigue limits can be presumed from as following. $\sigmaf$=$\sigmat$
Proceedings of the Society of Korea Industrial and System Engineering Conference
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2002.05a
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pp.69-78
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2002
This paper examines the effects on mental fatigue of changes in the intensity of physical activity. A treadmill-equipped instrument and perception tester were used to attain several levels of physical activity In this paper, In order to determine the individual levels of physical activity of subjects, Borg-RPE scale, Heart Rate(HR) and Respiratory Quotient(RQ) were used. Also, an addition test in whole-body activity on treadmill-equipped instrument as an indicator of mental fatigue were performed. In the above experiments, the scores obtained in addition test administered before and after physical activity at each intensity level used. Restricted within the limits of this paper, the results of these tests showed that mental fatigue decreased after physical activity.
This paper examines the effects on human reaction time and mental fatigue of changes in the intensity of physical activity. A treadmill-equipped instrument and perception tester were used to attain several levels of physical activity. In this paper, in order to determine the individual levels of physical activity of subjects, Borg-RPE scale, Heart Rate(HR) and Respiratory Quotient(RQ) were used. Also, a reaction test in whole-body activity on treadmill-equipped instrument and an addition test as an indicator of mental fatigue were performed. In the above experiments, the scores obtained in addition test administered before and after Physical activity at each intensity level used. Restricted within the limits of this paper, the results of these tests showed that mental fatigue decreased after physical activity.
Proceedings of the Korean Powder Metallurgy Institute Conference
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1997.04a
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pp.34-34
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1997
The effect of alloying mode and porosity on the axial tension-tension fatigue behavior of a P/M steel of nominal composition Fe-4w/o Ni-1.5w/o Cu-O.5w/o Mo-O.5w/o C has been evaluated. Alloying modes utilized were elemental powder mixing, partial alloying(distaloy) and prealloying by water atomization; in each case the carbon was introduced as graphite prior to sintering. Powder compacts were sintered($1120{\circ}C$/30 min.) in 7Sv/o $H_2$/25v/o $N_2$ to densities in the range 6.77-7.2 g/$cm^3$. The dependence of fatigue limit response on alloying mode and porosity was interpreted in terms of the constituent phases and the pore and fracture morphologies associated with the three alloying modes. For the same nominal composition, the three alloying modes resulted in different sintered microstructures. In the elemental mix alloy and the distaloy, the major constituent was coarse and fine pearlite, with regions of Ni-rich ferrite, Ni-rich martensite and Ni-rich areas. In contrast, the prealloy consisted primarily of martensite by with some Ni-rich areas. From an examination of the fracture surfaces following fatigue testing it was concluded that essentially all of the fracture surfaces exhibited dimpled rupture, characteristic of tensile overload. Thus, the extent of growth of any fatigue cracks prior to overload was small. The stress amplitude for the three alloying modes at 2x$l0^6$ was used for the comparison of fatigue strengths. For load cycles <3x$l0^5$, the prealloy exhibited optimum fatigue response followed by the distaloy and elemental mix alloy, respectively. At load cycles >2x$l0^6$, similar fatigue limits were exhibited by the three alloys. It was concluded that fatigue cracks propagate primarily through pores, rather than through the constituent phases of the microstructure. A decrease in pore SIze improved the S-N behavior of the sintered steel.
The objective of this study is to examine fatigue behavior of as-welded butt-welded joints with incomplete penetration from fatigue tests. The test results are the following. In static tests, tensile strength and yield strength of butt-welded joints are constant regardless of incomplete penetration. And in fatigue tests, fatigue strength of fully penetrated butt-welded joints satisfies fatigue limits, prescribed in Korean Specifications and JSSC, respectively. The results show that as the magnitude of incomplete penetration increases, fatigue strength decreases. In fractured surfaces, full and incomplete penetration specimen show different shapes, it is because that stress concentration factor vary with structural geometry in bead toe and root tip, and certify in FEM analysis. This study suggests that defects such as incomplete penetration from welding must be avoided in order to attain the sufficient life of steel structures.
Recent deepwater offshore structures in Gulf of Mexico utilize butt welded tubular joints. Application of welded tubular joint includes tendons, production risers, and steel catenary risers. Fatigue life assessment of these joints becomes more critical because the structures to which they are attached are allowed to undergo cyclic and sometimes large displacements around an anchored position. Estimating the fatigue behavior of these tubular members in the design stage is generally conducted by using S-N curves specified in the codes and standards. Applying the stress concentration factor of the welded structure to S-N approach often results in very conservative assessment because the stress field acting on the tubular has a non-uniform distribution through the thickness. Fracture mechanics and fitness for service (FFS) technology have been applied in the design of the catenary risers. This technology enables the engineer to establish proper requirements on weld quality and inspection acceptance criteria to assure satisfactory structural integrity during its design life. It also provides guidance on proper design curves to be used and a methodology for accounting for the effects of non-uniform stress distribution through the wall thickness. An attempt was made to develop set of S-N curves based on fracture mechanics approach by considering non-uniform stress distribution and a threshold stress intensity factor. Series of S-N curves generated from this approach were compared to the existing S-N curves. For flat plate butt joint, the S-N curve generated from fracture mechanics matches with the IIW class 100 curve when initial crack depth was 0.5 mm (0.02"). Similar comparison with API X′ was made for tubular joint.. These initial crack depths are larger than the limits of inspection by current Non-destructive examination (NDE) means, such as Automatic Ultrasonic Inspection (AUT). Thus a safe approach can be taken by specifying acceptance criteria that are close to limits of sizing capability of the selected NDE method. The comparison illustrates conservatism built into the S-N design curve.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.12
no.3
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pp.109-121
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2004
This paper presents an optimal design method for structure-borne durability of a vehicle body structure. Structure-borne durability design requires a new design that can increase fatigue lives of critical areas in a structure and must prohibit transition phenomenon of critical areas that results from modification of the structure at the same time. Therefore, the optimization problem fur structure-borne durability design are consists of an objective function and design constraints of 2 types; type 1-constraint that increases fatigue lives of the critical areas to the required design limits and type 2-constraint that prohibits transition phenomenon of critical areas. The durability design problem is generally dynamic because a designer must consider the dynamic behavior such as fatigue analyses according to the structure modification during the optimal design process. This design scheme, however, requires such high computational cost that the design method cannot be applicable. For the purpose of efficiency of the durability design, we presents a method which carry out the equivalent static design problem instead of the dynamic one. In the proposed method, dynamic design constraints for fatigue life, are replaced to the equivalent static design constraints for stress/strain coefficients. The equivalent static design constraints are computed from static or eigen-value analyses. We carry out an optimal design for structure-borne durability of the newly developed bus and verify the effectiveness of the proposed method by examination of the result.
Kim, Hyo-Jin;Kang, Yong-Ho;Shin, Cheul-Gyu;Park, Hee-Sung;Yu, Bong-Ho
Proceedings of the KSME Conference
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2000.04a
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pp.7-12
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2000
The automatic turbine startup system provides turbine control based on thermal stress. During the startup, control system monitors and evaluates main components of turbine using damage mechanism and life assessment. In case of valve chest, the temperature of inner/outer wall is measured by thermo-couples and the safety of these values are evaluated by using allowable ${\Delta}T$ limit curve during the startup. Because allowable ${\Delta}T$ limit curve includes life assessment, it is possible to apply this curve to turbine control system. In this paper, low cycle fatigue damage and combined rupture and low cycle fatigue damage criterion proposed for yielding the allowable ${\Delta}T$ limit curve of CV(control valve) chest. To calculate low cycle fatigue damage, the stress analysis of valve chest has peformed using FEM. Automatic turbine startup to assure service life of CV was achieved using allowable ${\Delta}T$ limit curve.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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