Abnormally large electromechanical strain properties have been reported in bismuth-based piezoelectric ceramics, which cast a promise for replacing the market-dominating PZT-based piezoelectric ceramics in actuator applications. In spite of these large strains in bismuth-based piezoelectric ceramics, there still remains a critical issue for its safe transfer to practical applications, representatively, a relatively high operating field required to obtain the large strain properties. To overcome the challenge, much attention has been paid to so-called 0-3(or 3-0) type ceramic/ceramic composite approach to better tailoring the strain properties of bismuth-based piezoelectric ceramics. The approach turns out to be highly effective, leading to a drastic decrease in the operating electric field for these materials. Besides, both extensive and intensive search for the related mechanism revealed that the reduction in the operating electric field is largely due to the contribution from polarization coupling or strain coupling model between two different ceramics. This article reviews the status of the art in the development of novel ceramic/ceramic composites to make large incipient piezostrains in bismuth-based lead-free piezoelectric ceramics practical.
Cast iron pipe has been used as a water distribution technology in North America since the early nineteenth century. The first cast iron pipes were made of grey cast iron which was succeeded by ductile iron as a pipe material in the 1940s. These different iron alloys have significantly different microstructures which give rise to distinct mechanical properties. Insight into the non-destructive structural condition assessment of aging pipes can be advantageous in developing mitigation strategies for pipe failures. This paper examines the relationship between the small-strain and large-strain properties of exhumed cast iron water pipes. Nondestructive and destructive testing programs were performed on eight pipes varying in age from 40 to 130 years. The experimental program included microstructure evaluation and ultrasonic, tensile, and flexural testing. New applications of frequency domain analysis techniques including Fourier and wavelet transforms of ultrasonic pulse velocity measurements are presented. A low correlation between wave propagation and large-strain measurements was observed. However, the wave velocities were consistently different between ductile and grey cast iron pipes (14% to 18% difference); the ductile iron pipes showed the smaller variation in wave velocities. Thus, the variation of elastic properties for ductile iron was not enough to define a linear correlation because all the measurements were practically concentrated in single cluster of points. The cross-sectional areas of the specimens tested varied as a result of minor manufacturing defects and levels of corrosion. These variations affect the large strain testing results; but, surface defects have limited effect on wave velocities and may also contribute to the low correlations observed. Lamb waves are typically not considered in the evaluation of ultrasonic pulse velocity. However, Lamb waves were found to contribute significantly to the frequency content of the ultrasonic signals possibly resulting in the poor correlations observed. Therefore, correlations between wave velocities and large strain properties obtained using specimens manufactured in the laboratory must be used with caution in the condition assessment of aged water pipes especially for grey cast iron pipes.
Chung, Joseph Chul;Lee, Michael Myung-Sub;Kang, Sung Ho
한국해양공학회지
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제34권3호
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pp.194-201
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2020
In this study, an optical-fiber sensor was used to measure loads that could act in an environment similar to the loading conditions that exist in an actual pipe. The structure and the installation method of the optical-fiber strain sensor were applied considering the actual large pipe and the buried pipe environment. Load tests were performed using a displacement sensor and sandbags to determine the deflection of the pipe according to the external load, and the linear measurement results were verified. Considering the conditions that could exist in the actual pipe, the test method was presented, and the strain of the buried pipe generated at this time was measured.
Identification of damage location based on modal measurement is an important problem in structural health monitoring. The damage index method that attempts to evaluate the changes in modal strain energy distribution has been found to be effective under certain circumstances. In this paper two damage index methods using bending strain energy and shear strain energy have been evaluated for numerous cases at different locations and degrees of damage. The objective is to evaluate the feasibility of the damage index method to localize the damage on large span concrete bridge. Finite element models were used as the test structures. Finally this method was used to predict the damage location in an actual structure, using the results of a modal survey from a large concrete bridge.
It is reasonable to use the stereo vision and image processing technique to digitize 3D coordinates of grid points and to evaluate surface strains on a sheet metal parts. However this method has its intrinsic problems such as the difficulty in enhancement of bad images inevitable error due to digital image resolution of camera and frame grabber unreliability of strains and thickness evaluated from coarse grid on the corner area with large curvature and the limitation of the area that can be measured at a time. Therefore it is still hard to measure strain distribution over the entire surface of a medium,- or large-sized stamped part at a time even by using an automated strain measurement system. In this study the curvature correction algorithm based on the grid refinement and the geometry assembling algorithm based on the global error minimization (GEM) scheme are suggested. Several applications are presented to show the reliability and efficiency of these algorithms.
With the continuous increase of computational capacity, more and more complex nonlinear elastoplastic constitutive models were developed to study the mechanical behavior of elastoplastic materials. These constitutive models generally contain a large amount of physical and phenomenological parameters, which often require a large amount of computational costs to determine. In this paper, an inverse parameter determination method is proposed to identify the constitutive parameters of elastoplastic materials, with the consideration of both strain rate effect and temperature effect. To carry out an efficient design, a hybrid optimization algorithm that combines the genetic algorithm and the Nelder-Mead simplex algorithm is proposed and developed. The proposed inverse method was employed to determine the parameters for an elasto-viscoplastic constitutive model and Johnson-cook model, which demonstrates the capability of this method in considering strain rate and temperature effect, simultaneously. This hybrid optimization algorithm shows a better accuracy and efficiency than using a single algorithm. Finally, the predictability analysis using partial experimental data is completed to further demonstrate the feasibility of the proposed method.
This paper presents the analysis of friction master curves for a sliding elastomer on rough granite. The hysteresis friction is calculated using an analytical model that considers the energy spent during the local deformation of the rubber due to surface asperities. The adhesion friction is also considered for dry friction prediction. The viscoelastic modulus of the rubber compound and the large-strain effective modulus are obtained from dynamic mechanical analysis (DMA). We accurately demonstrate the large strain of rubber that contacts with road substrate using the GW theory. We found that the rubber block deforms approximately to 40% strain. In addition, the viscoelastic master curve considering nonlinearity (at 40% strain) is derived based on the above finding. As viscoelasticity strongly depends on temperature, it can be assumed that the influence of velocity on friction is connected to the viscoelastic shift factors gained from DMA using the time-temperature superposition. In this study, we apply these shift factors to measure friction on dry granite over a velocity range for various temperatures. The measurements are compared to simulated hysteresis and adhesion friction using the Kluppel friction theory. Although friction results in the low-speed band match well with the simulation results, there are differences in the predicted and experimental results as the velocity increases. Thus, additional research is required for a more precise explanation of the viscoelastic material properties for better prediction of rubber friction characteristics.
Voids in a large rotor are formed in solidification process of a cast ingot. The voids have to be eliminated from the rotor by a forming process, because they would became stress-intensity factors which suddenly fracture the rotor in the operation. Previous studies on void-elimination of a large rotor have mainly focused on finding the process variables affecting the void-closure. But the study on the amount of void closure in a large rotor has been very rare. This study was performed to obtain an equation which predicts the amount of void-closure in a forging process of a large rotor and to evaluate the availability of the void-closure equation through finite element analyses. Firstly, 2D FE analysis was carried out to find effects of time integral of hydrostatic stress and effective strain on void volume rate of a large rotor in the upsetting process for various diameters and shapes of void, and material temperature. From the 2D FE analysis, we found that effective strain was suitable for predicting the void-closure of a large rotor, because there was a constant relationship between void volume rate and effective strain. And a void-closure equation was proposed fur predicting void-closure of a large rotor in the upsetting process. Finally, ken the 3D FE analysis, the proposed void-closure equation was verified to be useful for upsetting and cogging processes.
Kim, Hyeong-Joo;Lee, Kwang-Hyung;Jo, Sung-Kyeong;Jamin, Jay C.
Ocean Systems Engineering
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제4권4호
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pp.309-325
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2014
Geotextile tubes are basically a huge sack filled with sand or dredged soil. Geotextile tubes are made of permeable woven or non-woven synthetic fibers (i.e., polyester or PET and polypropylene or PP). The geotextile tubes' performances in strength, dewatering, retaining solid particles and stacked stability have been studied extensively in the past. However, only little research has been done in the observation of the deformation behavior of geotextile tubes. In this paper, a large-scale apparatus for geotextile tube experiment is introduced. The apparatus is equipped with a slurry mixing station, pumping and delivery station, an observation station and a data station. For this study the large-scale apparatus was utilized in the studies regarding the stresses on the geotextile and the deformation behavior of the geotextile tube. Model tests were conducted using a custom-made woven geotextile tubes. Load cells placed at the inner belly of the geotextile tube to monitor the total soil pressure. Strain gauges were also placed on the outer skin of the tube to measure the geotextile strain. The pressure and strain sensors are attached to a data logger that sends the collected data to a desktop computer. The experiment results showed that the maximum geotextile strain occurs at the sides of the tube and the soil pressure distribution varies at each geotextile tube section.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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