The rubber materials are widely used in automobile industry due to their capability of a large amount of elastic deformation under a force. Current trend of design process requires prediction of functional properties of parts at early stage. The behavior of rubber material can be modeled using strain energy density function. In this study, five different strain energy density functions - Neo-Hookean model, Reduced Polynomial $2^{nd}$ model, Ogden $3^{rd}$ model, Arruda Boyce model and Van der Waals model - were used to estimate the behavior of carbon black added natural rubber under uniaxial load. Two kinds of tests - uniaxial tension test and biaxial tension test - were performed and used to correlate the coefficients of the strain energy density function. Numerical simulations were carried out using finite element analysis and compared with experimental results. Simulation revealed that Ogden $3^{rd}$ model predicted the behavior of carbon added natural rubber under uniaxial load regardless of experimental data selection for coefficient correlation. However, Reduced Polynomial $2^{nd}$, Ogden $3^{rd}$, and Van der Waals with uniaxial tension test and biaxial tension test data selected for coefficient correlation showed close estimation of behavior of biaxial tension test. Reduced Polynomial $2^{nd}$ model predicted the behavior of biaxial tension test most closely.
The elastic modulus is an important parameter to characterize the property of rock. It is common knowledge that the strengths of rocks are significantly different under tension and compression. However, little attention has been paid to the bi-modularity of rock. To validate whether the rock elastic moduli in tension and compression are the same, Brazilian disc, direct tension and compression tests were conducted. A horizontal laser displacement meter and a pair of vertical and transverse strain gauges were applied. Four types of materials were tested, including three types of rock materials and one type of steel material. A comprehensive comparison of the elastic moduli based on different experimental results was presented, and a tension-compression anisotropy model was proposed to explain the experimental results. The results from this study indicate that the rock elastic modulus is different under tension and compression. The ratio of the rock elastic moduli under compression and tension ranges from 2 to 4. The rock tensile moduli from the strain data and displacement data are approximate. The elastic moduli from the Brazilian disc test are consistent with those from the uniaxial tension and compression tests. The Brazilian disc test is a convenient method for estimating the tensile and compressive moduli of rock materials.
Zhang, Xiaochen;Shen, Chao;Zhang, Xuesen;Wu, Xiangguo;Faqiang, Qiu;Mitobaba, Josue G.
Advances in Computational Design
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제7권4호
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pp.281-295
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2022
Tensile property is one of the excellent properties of ultra-high performance concrete (UHPC), and uniaxial tensile test is an important and challenging mechanical performance test of UHPC. Traditional uniaxial tensile tests of concrete materials have inherent defects such as initial eccentricity, which often lead to cracks and failure in non-test zone, and affect the testing accuracy of tensile properties of materials. In this paper, an original integrated design scheme of mould and end fixture is proposed, which achieves seamless matching between the tension end of specimen and the test fixture, and minimizes the cumulative eccentricity caused by the difference in the matching between the tension end of specimen and the local stress concentration at the end. The stress analysis and optimization design are carried out by finite element method. The curve transition in the end of specimen is preferred compared to straight line transition. The rationality of the new integrated design is verified by uniaxial tensile test of strain hardening UHPC, in which the whole stress-strain curve was measured, including the elastic behavior before cracking,strain hardening behavior after cracking and strain softening behavior.
Based on the experiment results, the damage and fracture behavior of concrete at the ages of 1d, 2d, 7d and 28d, in three-point bending and uniaxial tensile tests, were simulated with a finite element program, ABAQUS. The critical stress intensity factor $K_{IC}^s$ and the critical crack tip opening displacement ($CTOD_C$) of concrete were calculated with effective-elastic crack approach for the three-point bending test of grade C30 concrete. Based on the crack band model, a bilinear strain-softening curve was derived to simulate the LOAD-CMOD curves and LOAD-Displacement curves. In numerical analysis of the uniaxial tension test of concrete of grade C40, the damage and fracture mechanics were combined. The smeared cracking model coupling with damaged variable was adopted to evaluate the onset and development of microcracking of uniaxial tensile specimen. The uniaxial tension test was simulated by invoking the damage plastic model which took both damage and plasticity as inner variables with user subroutines. All the numerical simulated results show good agreement with the experimental results.
Spring-back of MS1470 steel sheets was numerically predicted using a non-linear kinematic hardening material behavior based on the Yoshida-Uemori model. From uniaxial tension and uniaxial tension-compression-tension data as well as the uniaxial tension-unloading-tension data, the parameters of the Yoshida-Uemori model were obtained. For the numerical simulations, the Yoshida-Uemori model was implemented into the commercial finite element program, ABAQUS/Explicit and ABAQUS/Standard using the user-defined material subroutines. The model performance was validated against the measured spring-back from the benchmark problems of NUMISHEET 2008 and NUMISHEET 2011, the 2-D draw bending test and the S-rail forming test, respectively.
The material properties of rubber was determined by the experiments of uniaxial tension, uniaxial compression, planer tension, equi-biaxial tension and volumetric compression. In compression test, it is difficult to obtain the pure state of compression stress and strain due to friction force between the specimen and compression platen. In this study, the stress and strain data from the equi-biaxial tension test were converted to compression stress and strain and compared to a pure state of simple compression data when friction was zero. The compression test device with the tapered platen was proposed to overcome the effect of friction. It was fumed out that the relationship of the stress and strain using the tapered platen was in close agreement with the pure compressive state.
The material properties of rubber was determined by the experiments of uniaxial tension, uniaxial compression, planer tension, equi-biaxial tension and volumetric compression. In compression test, it is difficult to obtain the pure state of compression stress and strain due to friction force between the specimen and compression platen. In this study, the stress and strain data from the equi-biaxial tension test were converted to compression stress and strain and compared to a perfect state of simple compression data when friction was zero. The compression test device with the tapered platen was proposed to overcome the effect of friction. It was turned out that the relationship of the stress and strain using the tapered platen was in close agreement with the pure compressive state.
Potentially significant mechanical improvements in tension can be achieved by the incorporation of randomly distributed, short discrete fibers in concrete. The improvements due to the incorporation fibers significantly influence the composite stress - strain ($\sigma$-$\varepsilon$) characteristics. In general incorporating fibers in a plain concrete has relatively small effect on its precracking behavior. It, however, alters its post-cracking behavior quite significantly, resulting in greatly improved ductility, crack controls, and energy absorption capacity (or toughness). Therefore, a thorough understanding the complete tensile stress - strain ($\sigma$-$\varepsilon$) response of fiber reinforced concrete is necessary for proper analysis while using structural components made with fiber reinforced concrete. Direct tensile stress applied to a specimen is in principle the simplest configuration for determining the tensile response of concrete. However, problems associated with testing brittle materials in tension include (i) the problem related to gripping of the specimen and (ii) the problem of ensuring centric loading. Routinely, indirect tension tests for plain concrete, flexural and split-cylinder tests, have been used as simpler alternatives to direct uniaxial tension test. They are assumed to suitable for fiber reinforced concrete since typically such composites comprise 98% by volume of plain concrete. Clearly since the post-cracking characteristics are significantly influenced by the reinforcing parameters and interface characteristics, it would be fundamentally incorrect to use indirect tensile tests for determining the tensile properties of fiber reinforced concrete. The present investigation represents a systematic look at the failure and toughening mechanisms and macroscopic stress - strain ($\sigma$-$\varepsilon$) characteristics of fiber reinforced concrete in the uniaxial tension test. Results from an experimental parametric study involving used fiber quantity, type, and mechanical properties in the uniaxial tension test are presented and discussed.
Tension stiffening effects of reinforced concrete member with large diameter bar, mainly used at reactor building of nuclear power plant, are studied by uniaxial structural tests. Bond length and stress of steel bar, size of steel bar, and compressive strength of concrete are evaluated to tension stiffening by uniaxial tests. Problems and solution during the uniaxial test are suggested. The prevent splitting cracks, concrete cover-to-bar diameter ratio $c/d_{b}$ is kept 2.6~2.8. Because the bond length is increased as the size of steel bar, the specimen length of the D35 steel bar is required at least 2.0 m. The specimen length must be decided with bond length as well as concrete cover-to-bar diameter ratio to prevent splitting crack.
When REBCO coated conductors (CCs) are applied to superconducting devices such as coils and magnets, they are subjected to deformation in various modes such as compression/tension bending, uniaxial/transverse tension and torsion. Despite outstanding performances by REBCO CC tapes, their electromechanical properties have been evaluated primarily under uniaxial tension, therefore data about the critical current ($I_c$) response in the compressive strain region are lacking. In this study, the characteristic responses of $I_c$ in REBCO CC tapes under bending strains in the range from tensile to compressive were evaluated. The springboard bending beam was used, wherein the CC tape sample was soldered onto the surface of the springboard. A Goldacker-type bending test rig, which lacks a support holding the sample during testing, was used as a comparator. Degradation in $I_c$ behaviors, including strain sensitivity, in differently processed REBCO CC tapes were examined based on the test rig used.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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