The seismic performance of steel beam to concrete-encased composite column with unsymmetrical steel section joints is investigated and reported within this paper. Experimental and analytical evaluation were conducted on a total of 8 specimens with T-shaped and L-shaped steel section under lateral cyclic loading and axial compression. The test parameters included concrete strength, stirrup ratio and axial compression ratio. The response of the specimens was presented in terms of their hysterisis loop behavior, stress distribution, joint shear strength, and performance degradation. The experiment indicated good structural behavior and good seismic performance. In addition, a three-dimensional nonlinear finite-element analysis simulating was conducted to simulate their seismic behaviors. The finite-element analysis incorporated both bond-slip relationship and crack interface interaction between steel and concrete. The results were also compared with the test data, and the analytical prediction of joint shear strength was satisfactory for both joints with T-shaped and L-shaped steel section columns. The steel beam to concrete-encased composite column with unsymmetrical steel section joints can develop stable hysteretic response and large energy absorption capacity by providing enough stirrups and decreased spacing of transverse ties in column.
This study focused on predicting the fatigue life of an insulated gate bipolar transistor (IGBT) power module for electric locomotives. The effects of different wiring technologies, including aluminum wires, copper wires, aluminum ribbons, and copper ribbons, on solder fatigue life were investigated to meet the high power requirement of the IGBT module. The module's temperature distribution and solder fatigue behavior were investigated through coupled electro-thermo-mechanical analysis based on the finite element method. The ribbons attained a chip junction temperature that was 30℃ lower than that attained with conventional round wires. The ribbons also exhibited a lower plastic strain in comparison with the wires. However, the difference in plastic strain and junction temperature among the different ribbon materials was relatively small. The ribbons also exhibited different crack propagation behaviors relative to the wires. For the wires, the cracks initiated at the outmost edge of the solder, whereas for the ribbons, the cracks grew in the solder layer beneath the ribbons. Comparison of fatigue failure areas indicated that ribbon bonding technology could substantially enhance the fatigue life of IGBT modules and be a potential candidate for high power modules.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2004.10a
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pp.160-163
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2004
The hub hole in a wheel of vehicles usually formed with hole expansion process. Formability of material, especially the hole expansion ratio, is important to produce a fine hub hole. The hub hole expansion process is different from general forming process or bore expansion process in the viewpoint of forming a thick plate. In the hole expansion process of the plate with a hole, as the hole being expanded, the crack is occurred to outward direction at the boundary of a hole. Therefore, it is need to apply the fracture criterion in the hub hole expansion process. In this paper, the hub hole expansion process is simulated with commercial elasto-plastic finite element code, LS-DYNA3D considering some ductile fracture criteria. Fracture mode and hole expansion ratio is compared with respect to the fracture criteria. Analysis results demonstrate that only the effective plastic strain is not adequate to predict the fracture mode in the hub hole. And the analysis results also indicate that the ductile fracture criteria properly predict the fracture mode but hole expansion ratio is different with the result of each other because of their different characteristics.
The lifetime of power train components can be improved dramatically by finding crack initiation points with suitable software tools and optimization of the critical areas. With increasing capacities of computers the prediction of the lifetime for components by numerical methods gets more and more important. This paper discusses some applications of the outstanding fatigue simulation program FEMFAT supporting the assessment of uniaxially and multiaxially loaded components (as well as welding seams and spot joints). The theory applied in FEMFAT differs in some aspects from classical approaches like the nominal stress concept or the local one and can be characterized by the term "influence parameter method". The specimen S/N-curve is locally modified by different influence parameters as stress-gradient to take into account notch effects, mean-stress influence which is quantified by means of a Haigh-diagram, surface roughness and treatments, temperature, technological size, etc. It is possible to consider plastic deformations resulting in mean-stress rearrangements. The dynamic loading of power train components is very often multiaxial, e.g. the stress state at each time is not proportional to one single stress state. Hence, the directions of the principal axes vary with time. We will present the way how such complex load situations can be handled with FEMFAT by the examples of a crank case and a gear box.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.11
no.2
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pp.671-678
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2019
In this paper, the low cycle fatigue failure and ratcheting behavior, as well as their interaction of AH32 steel were experimentally investigated under uniaxial cyclic loading. The effects of mean stress, stress amplitude and stress ratio on the low cycle fatigue life and ratcheting strain were discussed. It was found that the ratcheting strain increased while the fatigue life decreased with the increase of mean stress and stress amplitude, and the increasing stress ratio would result in smaller ratcheting and larger fatigue life. Two kinds of failure modes, i.e. low cycle fatigue failure due to crack propagates and ratcheting failure due to large plastic strain will take place respectively. Based on the experimental results, considered the effect of ratcheting on fatigue life, a model with the maximum stress and ratcheting strain rate was proposed. Comparison with the experimental result showed that the new model provided a good prediction for AH32 steel.
FE analyses for weldment of ship structure are required for various reasons such as stress concentration for bead tow, residual stress and distortion after welding, and hydrogen diffusion for prediction of low temperature crack. These analyses should be done by solid element modeling, but most of ship structures are modeled by shell element. If we are able to make solid element in the shell element FE modeling it is easily to solve the requirement for solid elements in weld analysis of large ship structures. As the nodes of solid element cannot take moments from nodes of shell element, these two kinds of element cannot be used in one model by conventional modeling. The PSCM (Perpendicular shell coupling method) can connect shell to solid. This method uses dummy perpendicular shell element for transferring moment from shell to solid. The target of this study is to develop a FE pre-processing system applicable at welding at ship structure by using PSCM. We also suggested glue-contact technique for controlling element numbers and element qualities and applied it between PSCM and solid element in automatic pre-processing system. The FE weldment modeling through developed pre-processing system will have rational stiffness of adjacent regions. Then FE results can be more reliable when turn-over of ship-block with semi-welded state or ECA (Engineering critical assessment) of weldment in a ship-block are analyzed.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.4
no.4
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pp.149-160
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2000
As systematic methodologies are required for the evaluation on the durability of reinforced concrete structure, it is necessary to study and examine every factor which deteriorates the durability of structures. This paper aims to define factors affecting rebar corrosion and to establish a basis for a prediction of serviceability, regarding a state of harmful corrosion as a state when crack begins on the surface of concrete. The study results are followings; The corrosive current has changed by types of mixture, and this property enables the evaluations of corrosion resistance by mixture and concrete cover. The specimen using AE superplasticizer has better corrosion-resistance properties than non-AE specimen, as well those having low W/C and high unit cement weight. The procedure for calculation of durable year in this study is able to use as an indicator to establish mixture factors such as unit cement weight, W/C, amount of admixture, etc.
Squat reinforced concrete walls require enough shear strength in order to promote flexural yielding, which creates the need for designers of an accurate method for strength prediction. In many cases, especially for existing buildings, strength estimates might be insufficient when more accurate analyses are needed, such as pushover analysis. In this case, estimates of load versus displacement are required for building modeling. A model is developed that predicts the shear load versus shear deformation of squat reinforced concrete walls by means of a panel formulation. In order to provide a simple, design-oriented tool, the formulation considers the wall as a single element, which presents an average strain and stress field for the entire wall. Simple material constitutive laws for concrete and steel are used. The developed models can be divided into two categories: (i) rotating-angle and (ii) fixed-angle models. In the first case, the principal stress/strain direction rotates for each drift increment. This situation is addressed by prescribing the average normal strain of the panel. The formation of a crack, which can be interpreted as a fixed principal strain direction is imposed on the second formulation via calibration of the principal stress/strain direction obtained from the rotating-angle model at a cracking stage. Two alternatives are selected for the cracking point: fcr and 0.5fcr (post-peak). In terms of shear capacity, the model results are compared with an experimental database indicating that the fixed-angle models yield good results. The overall response (load-displacement) is also reasonable well predicted for specimens with diagonal compression failure.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.21
no.1
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pp.51-58
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2008
A constitutive model based on a combination of a micromechanics-based weakened interface elastic model (Lee and Pyo, 2007) and a crack nucleation model (Karihaloo and Fu, 1989) is proposed to predict the effective elastic behavior of particle-reinforced composites. The model specifically considers imperfect interfaces in particles and microcracks in the matrix. To exercise the proposed constitutive model and to investigate the influence of model parameters on the behavior of the composites, numerical simulations on uniaxial tension tests were conducted. Furthermore, the present prediction is compared with available experimental data in the literature to verify the accuracy of the proposed constitutive model.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.14
no.2
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pp.79-86
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2014
The purpose of this study is intended to determine the validity of shear reinforcement by evaluating flexural performance in the hollow slab. The hollow slab is relatively light and second moment of inertia is large. Due to these characteristics, it can be used to slab system efficiently. Therefore the prediction of the structural behaviors is very important because of decrease of shear and flexural strength which is caused by hollow section of slab interior. In this study, the flexural test were performed to analyze the flexural capacity of the hollow slab w/ or w/o shear reinforcement. A total of six full scale specimens were tested. These specimens have three cases of reinforcing bar ratio, 0.009, 0.018 and 0.024. To verify the flexural behavior such as ultimate load, load-deflection and crack pattern, the flexural experiment were tested by using loading frame. Experimental results have shown that the flexural behavior are depend on the reinforcing bar ratio. Also the hollow slab with shear reinforcement have shown flexural behavior. Therefore, it is appropriate that the hollow slab is reinforced by shear reinforcement to improve the flexural performance of the hollow slab.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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