The moment-curvature relationship of reinforced concrete beams made of normal- and high-strength concrete experiencing complex load history is studied using a numerical method that employs the actual stress-strain curves of the constitutive materials and takes into account the stress-path dependence of the concrete and steel reinforcement. The load history considered includes loading, unloading and reloading. From the results obtained, it is found that the complete moment-curvature relationship, which is also path-dependent, is similar to the material stress-strain relationship with stress-path dependence. However, the unloading part of the moment-curvature relationship of the beam section is elastic but not perfectly linear, although the unloading of both concrete and steel is assumed to be linearly elastic. It is also observed that when unloading happens, the variation of neutral axis depth has different trends for under- and over-reinforced sections. Moreover, even when the section is fully unloaded, there are still residual curvature and stress in the section in some circumstances. Various issues related to the post-peak behavior of reinforced concrete beams are also discussed.
A strain energy density function is used to characterize the hyperelasticity of rubber-like materials. Conventional models, such as the Neo-Hookean, Mooney-Rivlin, and Ogden models, are widely used in automotive industries, in which the strain potential is derived from strain invariants or principal stretch ratios. A fitting procedure for experimental data is required to determine material constants for each model. However, due to the complexities of the mathematical expression, these models can only produce an accurate curve fitting in a specified strain range of the material. In this study, a hyperelastic model for Neodymium Butadiene rubber is developed by using the Artificial Neural Network. Comparing the analytical results to those obtained by conventional models revealed that the proposed model shows better agreement for both uniaxial and equibiaxial test data of the rubber.
In this paper, an innovative technique for finite element (FE) modeling of steel tube-confined concrete (STCC) columns with active confinement under axial compressive loading is presented. In this method, a new constitutive model for the stress-strain relationship of actively-confined concrete is proposed. In total, 14 series of experimental STCC stub columns having active confinement were modeled using the ABAQUS software. The results obtained from the 3D model including the compressive strength at the initial peak point and failure point, as well as the axial and lateral stress-strain curves were compared with the experimental results to verify the accuracy of the 3D model. It was found that there existed a good agreement between them. A parametric study was conducted to investigate the effect of the concrete compressive strength, steel tube wall thickness, and pre-stressing level on the behavior of STCC columns with active confinement. The results indicated that increasing the concrete core's compressive strength leads to an increase in the compressive strength of the active composite column as well as its earlier failure. Furthermore, a reduction in the tube external diameter-to-wall thickness ratio affects the axial stress-strain curve and the confining pressure, while increasing the pre-stressing level has a negligible effect on the two.
Because the hydraulic/mechanical behaviour of unsaturated soil is more complicated than that of saturated soil, one of the most important issues in modelling unsaturated soil is to properly couple its stress-strain relationship with its water retention characteristics. Based on the results of a series of tests, the stress-strain relationship and the changes in suction and saturation of unsaturated completely decomposed granite (CDG, also called Masado) vary substantially under different loading/hydraulic conditions. To precisely model the hydraulic/mechanical behaviour of unsaturated Masado, in this study, the superloading concept was firstly introduced into an existing saturated/unsaturated constitutive model to consider the structural influences. Then a water retention curve (WRC) model considering the volumetric change in the soil, in which the skeleton and scanning curves of the water retention characteristics were assumed to shift in parallel in accordance with the change in the void ratio, was proposed. The proposed WRC model was incorporated into the constitutive model, and the validity of the newly proposed model was verified using the results of tests conducted on unsaturated Masado, including water retention, oedometer and triaxial tests. The accuracy of the proposed model in describing the stress-strain relationship and the variations in suction and saturation of unsaturated Masado is satisfactory.
In this study, considering dissipated energy in fracture process zone (FPZ), a novel criterion based on maximum strain energy release rate (SER) for orthotropic materials is presented. General case of in-plane loading for cracks along the fibers is assumed. According to the experimental observations, crack propagation is supposed along the fibers and the reinforcement isotropic solid (RIS) concept is employed as a superior model for orthotropic materials. SER in crack initiation and propagation phases is investigated. Elastic properties of FPZ are extracted as a function of undamaged matrix media and micro-crack density. This criterion meaningfully links between dissipated energy due to toughening mechanisms of FPZ and the macroscopic fracture by defining stress intensity factors of the damaged zone. These coefficients are used in equations of maximum SER criterion. The effect of crack initiation angle and the damaged zone is considered simultaneously in this criterion and mode II stress intensity factor is extracted in terms of stress intensity factors of damage zone and crack initiation angle. This criterion can evaluate the effects of FPZ on the fracture behavior of orthotropic material. Good agreement between extracted fracture limit curves (FLC's) and available experimental data proves the ability of the new proposed criterion.
Min-Gu Won;Si-Hwa Jeong;Nam-Su Huh;Woo-Gon Kim;Hyeong-Yeon Lee
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.1
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pp.1-8
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2024
In this study, the influence of thermal aging on structural integrity is investigated for Gr. 91 steel. A commercial grade Gr. 91 steel is used for the virgin material, and service-exposed Gr. 91 steel is sampled from a steam pipe of a super critical plant. Time versus creep strain curves are obtained through creep tests with various stress levels at 600 ℃ for the virgin and service-exposed Gr. 91 steels, respectively. Based on the creep test results, the improved Omega model is characterized for describing the total creep strain curve for both Gr. 91 steels. The proposed parameters for creep deformation model are used for predicting the steady-state creep strain rate, creep rupture curve, and stress relaxation. Creep-fatigue damage is evaluated for the intermediate heat exchanger (IHX) in a large-scale sodium test facility of STELLA-2 by using creep deformation model with proposed creep parameters and creep rupture curve for both Gr. 91 steels. Based on the comparison results of creep fatigue damage for the virgin and service-exposed Gr. 91 steels, the thermal aging effect has been shown to be significant.
Objective: This study was performed to investigate an appropriate degree of prestretch for orthodontic synthetic elastomeric chains focusing on time-dependent viscoelastic properties. Methods: Orthodontic synthetic elastomeric chains of two brands were prestretched to 50, 100, 150, and 200% of the original length in one and three cycles, and the hysteresis areas of the obtained stress-strain curves were determined. Acrylic plates were employed to maintain constant strain during the experiment. A total of 180 samples were classified into nine groups according to brand, and their stresses and permanent deformations were measured immediately after prestretch (0 hour), after 1 hour and 24 hours, and after 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, and 8 weeks. The relationship between stress relaxation and permanent deformation was investigated for various degrees of prestretch, and the estimated stress resulting from tooth movement was calculated. Results: The degree of prestretch and the stress relaxation ratio exhibited a strong negative correlation, whereas no correlation was found between the degree of prestretch and the average normalized permanent strain. The maximal estimated stress was observed when prestretch was performed in three cycles to 200% of the original length. Conclusions: Although prestretch benefited residual stress, it did not exhibit negative effects such as permanent deformation. The maximal estimated stress was observed at the maximal prestretch, but the difference between prestretch and control groups decreased with time. In general, higher residual stresses were observed for product B than for product A, but this difference was not clinically significant.
There have been previous attempts to observe the occurrence of dynamic ferritic transformation at temperatures even above $Ae_3$ in a low-carbon steel, and not only in steels, but recently also in titanium alloys. In this study, a new approach is proposed that involves treating true stress-true strain curves in uniaxial compression tests at various temperatures, and different strain rates in 0.1C-6Ni steel, which is a model alloy used to decelerate the kinetics of ferrite transformation from austenite. The initial flow stress up to peak stress was used to analyze the change in dynamic softening phenomena, such as dynamic recovery, dynamic recrystallization, and dynamic transformation. It is worth mentioning that for predicting the occurrence of dynamic transformation, flow stress before reaching peak stress is much more sensitive to the change in the dynamic softening rate due to dynamic transformation, compared to peak stress. It was found that the occurrence of dynamic ferritic transformation could be successfully obtained even at temperatures above $Ae_3$ once the deformation condition was satisfied. This deformation condition is a function of both the strain rate and the deformation temperature, which can be described as the Zener - Hollomon parameter. In addition, the driving force of dynamic ferritic transformation might be much less than that of the dynamic recrystallization of austenite at a given deformation condition. By applying this technique, it is possible to predict the occurrence of dynamic transformation more sensitively compared with the previous analysis method using peak stress during deformation.
Wei Zhou;Tian-shun Hou;Yan Yang;Yu-xin Niu;Ya-sheng Luo;Cheng Yang
Geomechanics and Engineering
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v.34
no.5
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pp.577-595
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2023
A dynamic triaxial discrete element numerical model of lightweight soil was established using the discrete element method to study the microscopic mechanism of expanded polystyrene (EPS) particles in the soil under cyclic loading. The microscopic parameters of the discrete element model of the lightweight soil were calibrated depending on the dynamic triaxial test hysteresis curves. Based on the calibration results, the effects of the EPS particles volume ratio and amplitude on the contact force, displacement field, and velocity field of the lightweight soil under different accumulated strains were studied. The results showed that the hysteresis curves of lightweight soil exhibit nonlinearity, hysteresis, and strain accumulation. The strain accumulated in remolded soil is mainly tensile strain, and that in lightweight soil is mainly compressive strain. As the volume ratio of EPS particles increased, the contact force first increased and then decreased, and the displacement and velocity of the particles increased accordingly. With an increase in amplitude, the dynamic stress of the particle system increased, and the accumulation rate of the dynamic strain of the samples also increased. At 5% compressive strain, the contact force of the particles changed significantly and the number of particles deflected in the direction of velocity also increased considerably. These results indicated that the cemented structure of the lightweight soil began to fail at a compressive strain of 5%. Thus, a compressive strain of 5% is more reasonable than the dynamic strength failure standard of lightweight soil.
Kim, Kyung-Su;Kim, Ki-Sung;Kwon, Jung-Min;Park, Seong-Mo;Kim, Beom-Il
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.43
no.2
s.146
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pp.213-219
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2006
Low cycle fatigue cracks are mainly detected at discontinuous welded locations with high stresses under repeated cyclic static loads due to cargo leading and unloading. Theoretical and analytical methods have been used for evaluation of local stress and strain which have an effect on a prediction of fatigue life, but those have difficulties of considering stress concentration at notched location and complicated material behavior of welded joint or heat affected zone. Electronic speckle pattern interferometry(ESPI) system is nondestructive and non-contact measurement system which can get the relatively accurate full field strain at critical positions such as welded zone and structural discontinuous location. In this study, local strain was measured on welded cruciform joint by ESPI system and then low cycle fatigue test was performed. Effect of local strain on low cycle fatigue life was examined by measured values using ESPI system. Moreover, experimental fatigue life was compared with established S-N curves using theoretical local strain and stress calculated by Neuber's rule.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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