Concrete contains numerous microcracks at initially poured. The growth and propagation of
nicrockacsk are believed tc finally incur the faiure of concrete. These processings are understood
as a damage. Damage IS represented as a second-order tensor and crack is treated as a con
tinuum phenomenon. In this paper, damage is characterized through the effective stress concept
together with the hypothesis of elastic energy equivalence, and damage evolution law and
constitutive equation of a damage model are derived by using the Helmholtz frte eriergy and the
dissipation potential by means of the thermodynamic principles. The constitutive equation of the
model includes the effects of elasticity, anisotropic damage and plasticity of concrete. There are
two effective tangent stiffness tensors in this model : one is for elastic-darnage and the other for
plastic damage. For the verification of the model, finite element analysis was performed for the
analysis of concrete subjec:t to uniaxial and biaxial loading and the results obtained were
compared with test results.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.14
no.1
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pp.175-181
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2010
The three truss models(equilibrium truss model, Mohr compatibility truss model, and the soften truss model) based on a rotating angle is called the rotating-angle model. The three rotating-angle models have a common weakness: they are incapable of predicting the so-called "contribution of concrete". To take into account this "contribution of concrete", the modern truss model(MCFT, STM) treats a cracked reinforced concrete element as a continuous material. By combining the equilibrium, compatibility, and the softened stress-strain relationship of concrete in biaxial state, MTM is capable of producing the nonlinear analysis of reinforced concrete structures composed of membrane element. In this paper, an efficient algorithm is proposed for the solution of proposed model incorporated with failure criteria. This algorithm is used to analyze the behavior of reinforced membrane element using the results of Hsu test.
Haeri, Hadi;Sarfarazi, Vahab;Zhu, Zheming;Marji, Mohammad Fatehi
Smart Structures and Systems
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v.23
no.5
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pp.479-493
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2019
In this paper, the interaction between notch and micro pore under uniaxial compression has been performed experimentally and numerically. Firstly calibration of PFC2D was performed using Brazilian tensile strength, uniaxial tensile strength and biaxial tensile strength. Secondly uniaxial compression test consisting internal notch and micro pore was performed experimentally and numerically. 9 models consisting notch and micro pore were built, experimentally and numerically. Dimension of these models are 10 cm*1 cm*5 cm. the length of joint is 2 cm. the angularities of joint are $30^{\circ}$, $45^{\circ}$ and $60^{\circ}$. For each joint angularity, micro pore was situated 2 cm above the lower tip of the joint, 2 cm above the middle of the joint and 2 cm above the upper of the joint, separately. Dimension of numerical models are 5.4 cm*10.8 cm. The size of the cracks was 2 cm and its orientation was $30^{\circ}$, $45^{\circ}$ and $60^{\circ}$. Diameter of pore was 1cm which situated at the upper of the notch i.e., 2 cm above the upper notch tip, 2 cm above the middle of the notch and 2 cm above the lower of the notch tip. The results show that failure pattern was affected by notch orientation and pore position while uniaxial compressive strength is affected by failure pattern.
This paper reports the results of an experimental examination using X-rays to test annealing materials for lapped bearing steel (STB2), to confirm the validity of the weighted averaging analysis method. The distribution behavior for the α𝜓-sin2𝜓 diagram and the presence or absence of differences in the peak method, half-value breadth method, and centroid method were investigated. When lapping the annealed bearing steel (STB2) material, a residual stress state with a non-directional steep gradient appeared in the surface layer, and it was found that the weighted averaging analysis method was effective. If there is a steep stress gradient, the sin2𝜓 diagram is curved and the diffraction intensity distribution curve becomes asymmetric, resulting in a difference between the peak method, half-value breadth method, and centroid method. This phenomenon was evident when the stress gradient was more than 2~3 kg/mm2/㎛. In this case, if the position of the diffraction line is determined using the centroid method and the weighted averaging analysis method is applied, the stress value on the surface and the stress gradient under the surface can be obtained more accurately. When the stress gradient becomes a problem, since the curvature of the sin2𝜓 diagram appears clearly in the region of sin2𝜓 > 0.5, it is necessary to increase the inclination angle 𝜓 as much as possible. In the case of a lapping layer, a more accurate value can be obtained by considering 𝜎3 in the weighted averaging analysis method. In an isotropic biaxial residual stress state, the presence or absence of 𝜎3 can be determined as the presence or absence of strain for sin2𝜓≈0.4.
High Strength steel reinforced Reactive Powder Concrete (RPC) Beam is a new type of beams which has evident advantages than the conventional concrete beams. However, there is limited research on the shear bearing capacity of high-strength steel reinforced RPC structures, and there is a lack of theoretical support for structural design. In order to promote the application of high-strength steel reinforced RPC structures in engineering, it is necessary to select a shear model and derive applicable calculation methods. By considering the shear span ratio, steel fiber volume ratio, longitudinal reinforcement ratio, stirrup ratio, section shape, horizontal web reinforcement ratio, stirrup configuration angle and other variables in the shear test of 32 high-strength steel reinforced RPC beams, the applicability of three theoretical methods to the shear bearing capacity of high-strength steel reinforced RPC beams was explored. The plasticity theory adopts the RPC200 biaxial failure criterion, establishes an equilibrium equation based on the principle of virtual work, and derives the calculation formula for the shear bearing capacity of high-strength steel reinforced RPC beams; Based on the Strut and Tie Theory, considering the softening phenomenon of RPC, a failure criterion is established, and the balance equation and deformation coordination condition of the combined force are combined to derive the calculation formula for the shear bearing capacity of high-strength reinforced RPC beams; Based on the Rankine theory and Rankine failure criterion, taking into account the influence of size effects, a calculation formula for the shear bearing capacity of high-strength reinforced RPC beams is derived. Experimental data is used for verification, and the results are in good agreement with a small coefficient of variation.
The confirmed integrity of nuclear fuel cladding materials is an important object during steady state and transient operations at nuclear power plant. In this context, the clad material yielding behavior is especially important because of pellet-clad gap expansion. During the steep power excursion, the in-pile irradiation behavior differences between uranium-dioxide fuel pellet and zircaloy clad induce the contact pressure between them. If this pressure reaches the zircaloy clad yield pressure, the zircaloy clad will be plastically deformed. After the reactor power resumed to normal state, this plastic permanent expansion of clad tube give rise to the pellet-clad gap expansion. In this paper, the simple mandrel expansion test method which utilizes thermal expansion difference between copper mandrel and zircaloy tube was adopted to simulate this phenomenon. That is, copper mandrel which has approximately three times of thermal expansion coefficient of zircaloy-4 (PWR fuel cladding material) were used in this experiment at the temperature range from 400C to 700C. The measured plastic expansion of zircaloy outer radius and derived mathematical relations give the yield pressure, yield stress of zircaloy-4 clad at the various clad wall temperatures, the activation energy of zircaloy tube yielding, and pellet-clad gap expansion. The obtained results are in good agreement with previous experimental results. The mathematical analysis and simple test method prove to be a reliable and simple technique to assess the yielding behavior and gap expansion measurement between zircaloy-4 tube and uranium-dioxide fuel pellet under biaxial stress conditions.
The purpose of this study investigated the effect of Au coating on adhesion between porcelain matrix and metal substructure interface. Titanium, Ni-Cr alloy and Co-Cr alloy are well known as proper metal for the dental restorations. The success of a porcelain fused to metal (PFM) restoration depends upon the quality of the porcelain-metal bond. However, adhesion between dental alloys and porcelain is related to diffusion of oxygen during ceramic firing. The excessive oxidized layers make hard adhesion between dental alloy and ceramic. Ni-Cr and Co-Cr specimens were divided into test and a control group and Titanium specimens were divided into three test groups and a control group. Each group had 20 specimens. The adhesion characteristics of porcelain and metal with Au coating layer and without Au coating layer were observed with scanning electron microscopy(SEM). The adhesion was evaluated by a biaxial flexure test and volume fraction of adherent porcelain was determined by SEM/EDS analysis. Result of this study suggest that Au coating layer is effective barrier to diffuse oxide layer completely protect non-precious alloys from oxidation during the porcelain firing. The SEM photomicrographs of cross-section specimens showed a smooth interface between Au coating layer and metals and porcelain which suggested proper chemical bonding, and no gap, porosity were observed. The mode of failure was mainly adhesive for Ti tested specimens, but mixed failures with adhesive and cohesive were observed in Ni-Cr and Co-Cr specimens. The adhesion between non-precious metals and porcelain would not be improved by Au coating agent. However, It is suggested that the continuous study is required further investigation and development.
Analogue physical modelling using granular materials (i.e., sandbox experiments) has been applied with great success to a number of geological problems at various scales. Such physical experiments can also be simulated numerically with the Discrete Element Method (DEM). In this study, we apply the DEM simulation to the collision between the Indian subcontinent and the Eurasian Plate, one of the most significant current tectonic processes in the Earth. DEM simulation has been applied to various kinds of dynamic modelling, not only in structural geology but also in soil mechanics, rock mechanics, and the like. As the target of the investigation is assumed to be an assembly of many tiny particles, DEM simulation makes it possible to treat an object with large and discontinuous deformations. However, in DEM simulations, we often encounter difficulties when we examine the validity of the input parameters, since little is known about the relationship between the input parameters for each particle and the properties of the whole assembly. Therefore, in our previous studies (Yamada et al.,2002a,2002b,2002c), we were obliged to tune the input parameters by trial and error. To overcome these difficulties, we introduce a numerical biaxial test with the DEM simulation. Using the results of this numerical test, we examine the validity of the input parameters used in the collision model. The resulting collision model is quite similar to the real deformation observed in eastern Asia, and compares well with GPS data and in-situ stress data in eastern Asia.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.11
no.1
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pp.1-9
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2009
When a rock slope is excavated adjacent to a existing tunnel, the behavior of the existing tunnel in the jointed rock masses is greatly influenced by the joint conditions and slope status. In this study, the effects of joint dip and slope angle close to a tunnel are investigated through a large scale model using a biaxial test equipment ($3.1\;m\;{\times}\;3.1\;m\;{\times}\;0.50\;m$ (width $\times$ height $\times$ length)). The jointed rock masses were built by concrete blocks. The diameter of the modeled tunnel is 0.6 m and the dip angles of joint vary in the range of $0-90^{\circ}$. In addition, the excavated slope angle varies within $30{\sim}90^{\circ}$. Deformational behaviors of the tunnel were analyzed in consideration of joint dip and slope angle. With increase of the joint dip and slope angle, the magnitude of tunnel distortion and the moment of tunnel lining were increased. Rock mass displacement in horizontal was also dependent on the joint dip and the excavated slope angle, which indicated the optimal slope reinforcement for a specific rock mass conditions.
Laskar, Arghadeep;Zhong, Jianxia;Mo, Y.L.;Hsu, Thomas T.C.
Interaction and multiscale mechanics
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v.2
no.1
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pp.69-89
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2009
Reinforced and prestressed concrete (RC and PC) thin walls are crucial to the safety and serviceability of structures subjected to shear. The shear strengths of elements in walls depend strongly on the softening of concrete struts in the principal compression direction due to the principal tension in the perpendicular direction. The past three decades have seen a rapid development of knowledge in shear of reinforced concrete structures. Various rational models have been proposed that are based on the smeared-crack concept and can satisfy Navier's three principles of mechanics of materials (i.e., stress equilibrium, strain compatibility and constitutive laws). The Cyclic Softened Membrane Model (CSMM) is one such rational model developed at the University of Houston, which is being efficiently used to predict the behavior of RC/PC structures critical in shear. CSMM for RC has already been implemented into finite element framework of OpenSees (Fenves 2005) to come up with a finite element program called Simulation of Reinforced Concrete Structures (SRCS) (Zhong 2005, Mo et al. 2008). CSMM for PC is being currently implemented into SRCS to make the program applicable to reinforced as well as prestressed concrete. The generalized program is called Simulation of Concrete Structures (SCS). In this paper, the CSMM for RC/PC in material scale is first introduced. Basically, the constitutive relationships of the materials, including uniaxial constitutive relationship of concrete, uniaxial constitutive relationships of reinforcements embedded in concrete and constitutive relationship of concrete in shear, are determined by testing RC/PC full-scale panels in a Universal Panel Tester available at the University of Houston. The formulation in element scale is then derived, including equilibrium and compatibility equations, relationship between biaxial strains and uniaxial strains, material stiffness matrix and RC plane stress element. Finally the formulated results with RC/PC plane stress elements are implemented in structure scale into a finite element program based on the framework of OpenSees to predict the structural behavior of RC/PC thin-walled structures subjected to earthquake-type loading. The accuracy of the multiscale modeling technique is validated by comparing the simulated responses of RC shear walls subjected to reversed cyclic loading and shake table excitations with test data. The response of a post tensioned precast column under reversed cyclic loads has also been simulated to check the accuracy of SCS which is currently under development. This multiscale modeling technique greatly improves the simulation capability of RC thin-walled structures available to researchers and engineers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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