Buckling is one of the major causes of failure in thin-walled plate members and the presence of cracks with different lengths and locations in such structures may adversely affect this phenomenon. This study focuses on the buckling stability assessment of centrally and non-centrally cracked plates with small-, intermediate-, and large-size cracks, and different aspect ratios as well as support conditions, subjected to uniaxial compression. To this end, numerical models of the cracked plates were created through singular finite element method using a computational code developed in MATLAB. Eigen-buckling analyses were also performed to study the stability behavior of the plates. The numerical results and findings of this research demonstrate the effectiveness of the crack length and location on the buckling capacity of thin plates; however, the degree of efficacy of these parameters in plates with various aspect ratios and support conditions is found to be significantly different. Overall, careful consideration of the aspect ratio, support conditions, and crack parameters in buckling analysis of plates is crucial for efficient stability design and successful application of such thin-walled members.
Uniaxial compressive strength test and uniaxial compression creep one were produced on four groups of twelve concrete specimens with different hole number by RLW-2000 rock triaxial rheology test system. The relationships between horizontal holes and instantaneous failure stress, the strain, and creep failure stress, the strain, and the relationships between stress level and instantaneous strain, creep strain were studied, and the relationship between horizontal holes and failure mode was determined. The results showed that: with horizontal hole number increasing, compressive strength of the specimens decreased whereas its peak strain increased, while both creep failure strength and its peak strain decreased. The relationships between horizontal holes and compressive strength of the specimens, the peak strain, were represented in quadratic polynomial, the relationships between horizontal holes and creep failure strength, the peak strain were represented in both linear and quadratic polynomial, respectively. Instantaneous strain decreased with stress level increasing, and the more holes in the blocks the less the damping of instantaneous strain were recorded. In the failure stress level, instantaneous strain reversally increased, creep strain showed three stages: decreasing, increasing, and sharp increasing; in same stress level, the less holes the less creep strain rate was recorded. The compressive-shear failure was produced along specimen diagonal line where the master surface of creep failure occurred, the more holes in a block, the higher chances of specimen failure and the more obvious master surface were.
In the classical stability investigation of rectangular plates the classical thin plate theory (CPT) is often employed, so omitting the transverse shear deformation effect. It seems quite clear that this procedure is not totally appropriate for the investigation of moderately thick plates, so that in the following the first shear deformation theory proposed by Meksi et al. (2015), that permits to consider the transverse shear deformation influences, is used for the stability investigation of simply supported isotropic rectangular plates subjected to uni-axial and bi-axial compression loading. The obtained results are compared with those of CPT and, for rectangular plates under uniaxial compression, a novel direct formula, similar to the conventional Bryan's expression, is found for the Euler stability stress. The accuracy of the present model is also ascertained by comparing it, with model proposed by Piscopo (2010).
The choice of individual material for industrial application is primarily based on knowledge of its behavior in similar applications and similar environmental conditions. Contemporary design implies knowledge of material behavior and knowledge in the area of structural analysis supported by large capacity computers. Bearing this in mind, this paper presents and analyzes the experimental results related to the mechanical properties of the material considered (30CrNiMo8/1.6580/AISI 4340) at different temperatures as well as its creep and fatigue behavior. All experimental tests were carried out as uniaxial tests. The test results related to the mechanical properties are presented in the form of engineering stress-strain diagrams. The results related to the creep behavior of the material are shown in the form of creep curves, while the fatigue of the material is shown in the form of stress - life (S - N) diagram. Based on these experimental results, the values of the following properties are determined: ultimate tensile strength (${\sigma}_{m,20}=696MPa$), yield strength (${\sigma}_{0.2,20}=355.5MPa$), modulus of elasticity ($E_{,20}=217GPa$) and fatigue limit (${\sigma}_{f,20,R=-1}=280.4MPa$). Results related to fatigue tests were obtained at room temperature and stress ratio R = -1.
Mining activities focus on the production of mineral resources for energy generation and raw material requirements worldwide and it is a known fact that shallow reserves become scarce. For this reason, exploration of new resources proceeds consistently to meet the increasing energy and raw material demand of industrial activities. Rock mechanics has a vital role in underground mining and surface mining. Devices and instruments used in laboratory testing to determine rock mechanics related parameters might have limited sensing capability of the failure behavior. However, methodologies such as, thermal cameras, digital speckle correlation method and acoustic emission might enable to investigate the initial crack formation in detail. Regarding this, in this study, thermographic analysis was performed to analyze the failure behaviors of different types of rock specimens during uniaxial compressive strength experiments. The energy dissipation profiles of different types of rocks were characterized by the temperature difference recorded with an infrared thermal camera during experiments. The temperature increase at the failure moment was detected as 4.45℃ and 9.58℃ for andesite and gneiss-schist specimens, respectively. Higher temperature increase was observed with respect to higher UCS value. Besides, a temperature decreases of about 0.5-0.6℃ was recorded during the experiments of the marble specimens. The temperature change on the specimen is related to release of radiation energy. As a result of the porosity tests, it was observed that increase in the porosity rate from 5.65% to 20.97% can be associated to higher radiation energy released, from 12.68 kJ to 297.18 kJ.
This paper aims at the temperature and slenderness ratio effects on physical and mechanical properties of Beishan granite. A series of uniaxial compression tests with various slenderness ratios and temperatures were carried out, and the acoustic emission signal was also collected. As the temperature increases, the fracture aperture of intercrystalline cracks gradually increases, and obvious transcrystalline cracks occurs when T > 600℃. The failure patterns change from tensile failure mode to ductile failure mode with the increasing temperature. The elastic modulus decreases with the temperature and increases with slenderness ratio, then tends to be a constant value when T = 1000℃. However, the peak strain has the opposite evolution as the elastic modulus under the effects of temperature and slenderness ratio. The uniaxial compression strength (UCS) changes a little for the low-temperature specimens of T < 400℃, but a significant decrease happens when T = 400℃ and 800℃ due to phase transitions of mineral. The evolution denotes that the critical brittle-ductile transition temperature increases with slenderness ratio, and the critical slenderness ratio corresponding to the characteristic mechanical behavior tends to be smaller with the increasing temperature. Additionally, the AE quantity also increases with temperature in an exponential function.
In this study, a new understanding is presented on the microcracking behavior of high strength concrete (HSC) with steel fiber addition having prior compressive loading history. Microcracking behavior at critical stress (σcr) region, using seven fiber addition volume of 0.5, 0.75, 1.0, 1.25, 1.5, 1.75, and 2.0% was evaluated, at two aspect ratios (60 and 75). The specimens were loaded up to a specified compressive stress levels (0.70fc-0.96fc), and subsequently subjected to split tensile tests. This was followed by microscopic analyses afterwards. Four compressive stress levels as percentage of fc were selected according to the linearity end point based on stress-time (σ-t) diagram under uniaxial compression. It was seen that pre-compression has an effect on the linearity end point as well as fiber addition where it lies within 85-91% of fc. Tensile strength gain was observed in some cases with respect to the 'maiden' tensile strength as oppose to tensile strength loss due to the fiber addition with teething effect. Aggregate cracking was the dominant failure mode instead of bond cracks due to improved matrix quality. The presence of the steel fiber improved the extensive failure pattern of cracks where it changes from 'macrocracks' to a branched network of microcracks especially at higher fiber dosages. The applied pre-compression resulted in hardening effect, but the cracking process is similar to that in concrete without fiber addition.
This paper aims to simulate the isotropic elastic damage theory of Liu Jun (2012) using the self-programmed UMAT subroutine in the interface of ABAQUS. Liu Jun (2012)'s method based on the mechanic theory can not be used interactively with the currently commonly used finite element software ABAQUS. The advantage of this method in the paper is that it can interact with ABAQUS and provide a constitutive program framework that can be modified according to user need. The model retains the two scalar damage variables and the corresponding two energy dissipation mechanisms and damage criteria for considering the tensile and compressive asymmetry of concrete. Taking C45 concrete as an example, the relevant damage evolution parameters of its tensile and compressive constitutive model are given. The study demonstrates that the uniaxial tensile stress calculated by the subroutine is almost the same as the Chinese Concrete Design Specification (GB50010) before the peak stress, but ends soon after the peak stress. The stress-strain curve of uniaxial compression calculated by the subroutine is in good agreement with the peak stress in Chinese Concrete Design Specification (GB50010), but there is a certain deviation in the descending stage. In addition, this paper uses the newly compiled subroutine to simulate the shear bearing capacity of the shear key in a new structural system, namely the open-web sandwich slab. The results show that the damage constitutive subroutine has certain reliability.
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 lattice-spring-based synthetic rock mass model (LS-SRM) technique has been extensively employed in large open-pit mining and underground projects in the last decade. Since the LS-SRM requires a complex and time-consuming calibration process, a robust approach was developed using the Response Surface Methodology (RSM) to optimize the calibration procedure. For this purpose, numerical models were designed using the Box-Behnken Design technique, and numerical simulations were performed under uniaxial and triaxial stress states. The model input parameters represented the models' micro-mechanical (lattice) properties and the macro-scale properties, including uniaxial compressive strength (UCS), elastic modulus, cohesion, and friction angle constitute the output parameters of the model. The results from RSM models indicate that the lattice UCS and lattice friction angle are the most influential parameters on the macro-scale UCS of the specimen. Moreover, lattice UCS and elastic modulus mainly control macro-scale cohesion. Lattice friction angle (flat joint fiction angle) and lattice elastic modulus affect the macro-scale friction angle. Model validation was performed using physical laboratory experiment results, ranging from weak to hard rock. The results indicated that the RSM model could be employed to calibrate LS-SRM numerical models without a trial-and-error process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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