Constitutive modeling that could reasonably predict and effectively evaluate the post-peak structural behavior while eliminating the mesh-dependency in numerical simulation remains to be developed for general engineering applications. Based on the previous work, a simple one-dimensional modeling procedure is proposed to predict and evaluate the post-peak response, as characterized by the evolution of localized strain field, of a steel member to monotonically uniaxial tension. The proposed model extends the classic one-dimensional softening with localization model as introduced by (Schreyer and Chen 1986) to account for the localization length, and bifurcation and rupture points. The new findings of this research are as follows. Two types of strain-softening functions (bilinear and nonlinear) are proposed for comparison. The new failure criterion corresponding to the constitutive modeling is formulated based on the engineering strain inside the localization zone at rupture. Furthermore, a new mathematical expression is developed, based on the strain rate inside and outside the localization zone, to describe the displacement field at which bifurcation occurs. The model solutions are compared with the experimental data on four low-carbon cylindrical steel bars of different lengths. For engineering applications, the model solutions are also compared to the experimental data of a cylindrical steel bar system (three steel bars arranged in series). It is shown that the bilinear and nonlinear softening models can predict the energy dissipation in the post-peak regime with an average difference of only 4%.
The main purpose of this study is to characterize the size-dependent strain rate sensitivity in structural steel using the continue stiffness measurement (CSM) indentation. A series of experiments, such as CSM indentation and optical microscope examination, has been performed at the room temperature at different rate conditions. The results indicated that indentation hardness, strain rate, and flow stress showed size-dependent behavior. The dependency of indentation hardness, strain rate, and flow stress on the indentation size was attributed to the transition of the dislocation nucleation rate and the dislocation behaviors during the indentation process. Since both hardness and strain rate showed the size-dependent behavior, SRS tended to depend on the indentation depth. The results indicated that the SRS was quite high over 2.0 at the indentation depth of 240 nm and quickly dropping to 0.08, finally around 0.046 at large indents. The SRS values at large indentations strongly agree with the general range reported for several types of low-carbon steel in the literature (Chatfield and Rote 1974, Nguyen et al. 2018b, Luecke et al. 2005). The results from the present study can be used in both static and dynamic analyses of structures as well as to assess and understand the deformation mechanism and the stress-state of material underneath the indenter tip during the process of the indentation testing.
The present study conducts a thorough analysis of thermal vibrations in functionally graded porous nanocomposite beams within a thermal setting. Investigating the temperature-dependent material properties of these beams, which continuously vary across their thickness in accordance with a power-law function, a finite element approach is developed. This approach utilizes a nonlocal strain gradient theory and accounts for a linear temperature rise. The analysis employs four different patterns of porosity distribution to characterize the functionally graded porous materials. A novel two-variable shear deformation beam nonlocal strain gradient theory, based on trigonometric functions, is introduced to examine the combined effects of nonlocal stress and strain gradient on these beams. The derived governing equations are solved through a 3-nodes beam element. A comprehensive parametric study delves into the influence of structural parameters, such as thicknessratio, beam length, nonlocal scale parameter, and strain gradient parameter. Furthermore, the study explores the impact of thermal effects, porosity distribution forms, and material distribution profiles on the free vibration of temperature-dependent FG nanobeams. The results reveal the substantial influence of these effects on the vibration behavior of functionally graded nanobeams under thermal conditions. This research presents a finite element approach to examine the thermo-mechanical behavior of nonlocal temperature-dependent FG nanobeams, filling the gap where analytical results are unavailable.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.5A
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pp.901-908
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2006
The structural integrity of containment building in Nuclear Power Plants has to be verified by the ISI(In Service Inspection) because there are some variations on the structural behavior of it due to the change of the physical properties of concrete and tendon with the lapse of time. In this study, the program 'SAPONC-CANDU' which can monitor and analyze the structural behavior of the containment building with grouted tendon (CANDU-type, 'Wolsong unit-2, 3, and 4' in Korea) was developed. This program is based on the algorithm which can calculate the prediction values of the quantities of strain variation for the vibrating-wire strain gauges embedded into the concrete of the containment building under temperature and time dependent factors which are creep, shrinkage, and prestressing force. The readings of the strain gauges are used as input data for the operation of the program. And it finally provides graphically a prediction value, line and band of the quantity of strain variation for the respective strain gauges, therefore, it is thought that the site engineers are able to assess the structural integrity of the domestic containment building with grouted tendon with easy using this program.
In structural health monitoring, it is meaningful to comprehensively utilize accelerometers and strain gauges to obtain the modal information of a structure. In this paper, a modal estimation theory is proposed, in which the displacement modes of the locations without accelerometers can be estimated by the strain modes of selected strain gauge measurements. A two-stage sensor placement method, in which strain gauges are placed together with triaxial accelerometers to obtain more structural displacement mode information, is proposed. In stage one, the initial accelerometer locations are determined through the combined use of the modal assurance criterion and the redundancy information. Due to various practical factors, however, accelerometers cannot be placed at some of the initial accelerometer locations; the displacement mode information of these locations are still in need and the locations without accelerometers are defined as estimated locations. In stage two, the displacement modes of the estimated locations are estimated based on the strain modes of the strain gauge locations, and the quality of the estimation is seen as a criterion to guide the selection of the strain gauge locations. Instead of simply placing a strain gauge at the midpoint of each beam element, the influence of different candidate strain gauge positions on the estimation of displacement modes is also studied. Finally, the modal assurance criterion is utilized to evaluate the performance of the obtained multitype sensor placement. A bridge benchmark structure is used for a numerical investigation to demonstrate the effectiveness of the proposed multitype sensor placement method.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.20
no.6
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pp.91-97
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2016
Evaluation on the test of actual concrete member to confirm the fire resistance of the concrete member using ultra-high strength concrete is required. However, test equipment which has large loading capacity is needed to the actual member experiment. So, many researchers evaluated the fire performance through analytical studies using the material models. This study experimentally evaluated strain properties on ultra-high-strength concrete of 80, 130 and 180 MPa with heating and examined to apply the existing strain model about ultra-high-strength concrete. As a results, constants are drawn by method of least squares applying experimental values and calculated values by the existing strain model, it proposed strain model that can be applied to ultra-high-strength concrete.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.23
no.4
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pp.137-144
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2019
In coupon test of carbon fiber reinforced polymers (CFRP) as brittle materials, the converted strain derived from total deformation and effective length was introduced and its advantages were described. In general, measured value from strain gauge is used for determining the tensile properties of material, but it is not quite effective in CFRP because brittle material can not redistribute its stress and it only represents local behavior. For this reason, the converted strain response can be utilized effectively as a supplementary indicator, which evaluated the average value of tensile properties in brittle material and confirmed the strain measured by strain gauge. In addition, the converted strain clearly visualized 1) the effect of initial internal strain caused by fabrication errors and setup misalignment when applying gripping force and 2) post-response of partial rupture of CFRP caused by non-uniform strain distribution. non-uniform strain distribution.
Park, Sung-Ju;Lee, Kangsu;Cerik, Burak Can;Kim, Younghyn;Choung, Joonmo
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.56
no.1
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pp.82-93
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2019
In this paper, the ductile fracture criteria for a marine structural steel (EH36) are presented and validated. The theoretical background of the recently developed Hosford-Coulomb (HC) fracture strain model and the DSSE fracture strain model which was developed to apply to the shell elements is described. In order to accurately estimate the flow stress in the large strain range up to the fracture, the material constants for the combined Swift-Voce constitutive equation were derived by the numerical analyses of the smooth and notched specimens made from the EH36 steel. As a result of applying the Swift-Voce flow stress to the other notched specimen model, a very accurate load - displacement curve could be derived. The material constants of the HC fracture strain and DSSE fracture strain models were independently calibrated based on the numerical analyses for the smooth and notch specimen tests. The user subroutine (VUMAT of Abaqus) was developed to verify the accuracy of the combined HC-DSSE fracture strain model. An asymmetric notch specimen was used as verification model. It was confirmed that the fracture of the asymmetric specimen can be accurately predicted when a very small solid elements are used together with the HC fracture strain model. On the other hand, the combined HC-DSSE fracture strain model can predict accurately the fracture of shell element model while the shell element size effect becomes less sensitive.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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