Torres, Lluis;Barris, Cristina;Kaklauskas, Gintaris;Gribniak, Viktor
Structural Engineering and Mechanics
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v.53
no.5
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pp.997-1016
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2015
The contribution of tensioned concrete between cracks (tension-stiffening) cannot be ignored when analysing deformation of reinforced concrete elements. The tension-stiffening effect is crucial when it comes to adequately estimating the load-deformation response of steel reinforced concrete and the more recently appeared fibre reinforced polymer (FRP) reinforced concrete. This paper presents a unified methodology for numerical modelling of the tension-stiffening effect in steel as well as FRP reinforced flexural members using the concept of equivalent deformation modulus and the smeared crack approach to obtain a modified stress-strain relation of the reinforcement. A closed-form solution for the equivalent secant modulus of deformation of the tensioned reinforcement is proposed for rectangular sections taking the Eurocode 2 curvature prediction technique as the reference. Using equations based on general principles of structural mechanics, the main influencing parameters are obtained. It is found that the ratio between the equivalent stiffness and the initial stiffness basically depends on the product of the modular ratio and reinforcement ratio ($n{\rho}$), the effective-to-total depth ratio (d/h), and the level of loading. The proposed methodology is adequate for numerical modelling of tension-stiffening for different FRP and steel reinforcement, under both service and ultimate conditions. Comparison of the predicted and experimental data obtained by the authors indicates that the proposed methodology is capable to adequately model the tension-stiffening effect in beams reinforced with FRP or steel bars within wide range of loading.
Panda, Subhransu K;Mishra, Pradeep K;Panda, Subrata K
Structural Engineering and Mechanics
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v.74
no.6
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pp.723-735
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2020
This study is reported the adhesion failure in adhesive bonded composite and specifically for the T-joint structure. Three-dimensional finite element analysis has been performed using a commercial tool and the necessary outcomes are obtained via an eight noded solid element (Solid 185-element) from the library of ANSYS. The structural analysis input has been incurred through ANSYS parametric design language (APDL) code. The normal and shear stress distributions along different layers of the joint structure have been evaluated as the final outcomes. Based on the stress distributions, failure location in the composite joint structure has been identified by using the Tsai-Wu stress failure criterion. It has been found that the failure index is maximum at the interface between flange and web part of the joint (top layer) which indicates the probable location of failure initiation. This kind of failures are considered as adhesion failure and the failure propagation is governed by strain energy release rate (SERR) of fracture mechanics. The different adhesion failure lengths are also considered at the failure location to calculate the SERR values i.e. mode I fracture (opening), mode II fracture (sliding) and mode III fracture (tearing) along the failure front. Also, virtual crack closure technique (VCCT) principle of fracture mechanics steps is used to calculate the above said SERRs. It is found that the mode I SERR is more dominating compared to other two modes of failure for the joint considered. Finally, the influences of various parametric (geometrical and material) effect on SERR of the joint structure are evaluated and discussed in details.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.11
no.2
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pp.426-434
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2010
This study is experimentally performed to evaluate the strength reduction behavior and its statistical properties of plain woven glass/epoxy composites. The results indicate that the major impact damage of plain woven glass/epoxy composites is the fiber breakage and matrix crack, whereas the dominant impact damage of unidirectional carbon/epoxy laminates is the delamination, which depends on the stacking sequence. The residual strength prediction models, previously proposed on unidirectional laminates, are applied to evaluate the residual strength of plain woven glass/epoxy composites with impact damage. Among these models, the results by Caprino and Avva's model have a good agreement with the experimental results. To investigate the variability of residual strength of the impacted composite materials, a statistical model was proposed and its results were in conformance with the experimental results regardless of their thickness.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.27
no.3
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pp.89-93
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2020
Complex warpage behavior of the electronic packages causes internal stress so many kinds of mechanical failure occur such as delamination or crack. Efforts to predict the warpage behavior accurately in order to prevent the decrease in yield have been approached from various aspects. For warpage prediction, silicon is generally treated as a homogeneous material, therefore it is described as showing no warpage behavior due to thermal loading. However, it was reported that warpage is actually caused by residual stress accumulated during grinding and polishing in order to make silicon wafer thinner, which make silicon wafer inhomogeneous through thickness direction. In this paper, warpage behavior of the single-side polished wafer at solder reflow temperature, the highest temperature in packaging processes, was measured using 3D digital image correlation (DIC) method. Mechanism was verified by measuring coefficient of thermal expansion (CTE) of both mirror-polished surface and rough surface.
Fiber metal laminates (FMLs) are well known for improved fatigue strength, better impact resistance, superior damage tolerance and slow crack growth rate compared to traditional metallic materials. However, defects and loss of strength of a composite material can occur due to the vertical load from the punch during the joining with a dissimilar material using a conventional clinching method. In the current study, tapered-hole clinching was an alternative process used to join Al 5052 and FMLs. The tapered hole was formed in the FML before the joining. For the better understanding of static and dynamic characteristics, a clinched joining followed by a tensile-shear test was numerically simulated using the finite element analysis. The design parameters were also evaluated for the geometry of the tapered hole by the Taguchi method in order to improve and compare the lateral joining strength of the clinched joint. The influence of the neck thickness and the undercut were evaluated and the contribution of each design parameter was determined. Then, actual experiments for the joining and tensile-shear test were conducted to verify the results of the numerical simulations. In conclusion, the appropriate combination of the design parameters can improve the joining strength and the cross-sections of the tapered-hole clinched joint formed in the actual experiments were in good agreement with the results of the numerical simulations.
High-strength concrete corbels with varying percentage of steel fibers and two different anchorage types (welding to transverse bar, headed) for the main tension tie were constructed and tested. The results showed that performance in terms of load carrying capacities, stiffness, ductility, and crack width was improved, as the percentage of steel fibers was increased. In addition, the corbel specimens in which headed bars were used as the main tension tie reinforcements showed superior load carrying capacities, stiffness, and ductility compared to the corbel specimens in which the main tension ties were anchored by welding to the transverse bars. From the test results, it is expected that load carrying capacities, durability, and constructibility of high strength concrete corbels would be improved by using steel fibers and headed bars. Experimental results presented in this paper were also compared with various prediction models proposed by researchers and presented in codes. The truss model proposed by Fattuhi provides fairly good predictions for fiber reinforced high-strength concrete corbels.
In this study, the flexural behavior of steel fiber reinforced ultra high performance concrete (UHPC) was investigated. It presents experimental results of steel fiber reinforced UHPC with steel fiber content of 2% by volume and steel reinforcement ratio of less than 0.02. This study aims at providing more information about UHPC beams in bending in order to establish a reasonable prediction model for flexural resistance and deflection in structural code in the future. The experimental results show that UHPC is in favor of cracking behavior and ductility of beams, and that the ductility indices range from 6.29 to 10.44, which means high ductility of UHPC. Also, the flexural rigidity of beam whose cast is begun from end of beam is larger than that of beam whose cast is begun from midspan of beam. This result represents that the flexural rigidity is affected by the placing method of UHPC.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.3
s.174
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pp.743-751
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2000
Because welding residual stress is formidable result in electric resistance spot welding process, and it detrimentally affect to fatigue crack initiation and growth at nugget edge of spot welded la p joints, it should be considered in fatigue analysis. Thus, accurate prediction of residual stress is very important. In this study, nonlinear finite element analysis on welding residual stress generated in process of the spot welding was conducted, and their results were compared with experimental data measured by X-ray diffraction method. By using their results, the maximum principal stress considered welding residual stress at nugget edge of the spot welded lap joint subjected to tension-shear load was calculated by superposition method. And, the $\Delta$P- $N_f$ relations obtained through fatigue, tests on the IB-type spot welded lap joints was systematically rearranged with the maximum principal stress considered welding residual stress. From the results, it was found th2at fatigue strength of the IB-type spot welded lap joints could be systematically and more reasonably rearranged by the maximum principal stress($\sigma$1max-res considered welding residual stress at nugget edge of the spot welding point.
A novel precast concrete-encased steel composite beam, which can be abbreviated as PCES beam, is introduced in this paper. In order to investigate the shear behavior of this PCES beam, a test of eight full-scale PCES beam specimens was carried out, in which the specimens were subjected to positive bending moment or negative bending moment, respectively. The factors which affected the shear behavior, such as the shear span-to-depth aspect ratio and the existence of concrete flange, were taken into account. During the test, the load-deflection curves of the test specimens were recorded, while the crack propagation patterns together with the failure patterns were observed as well. From the test results, it could be concluded that the tested PCES beams could all exhibit ductile shear behavior, and the innovative shear connectors between the precast concrete and cast-in-place concrete, namely the precast concrete transverse diaphragms, were verified to be effective. Then, based on the shear deformation compatibility, a theoretical model for predicting the shear capacity of the proposed PCES beams was put forward and verified to be valid with the good agreement of the shear capacities calculated using the proposed method and those from the experiments. Finally, in order to facilitate the preliminary design in practical applications, a simplified calculation method for predicting the shear capacity of the proposed PCES beams was also put forward and validated using available test results.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.15
no.1
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pp.69-84
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2002
In this papers, an analytical model which can simulate the post-cracking behavior and tension stiffening effect in a reinforced concrete(RC) tension member is proposed. Unlike the classical approaches using the bond stress-slip relationship or the assumed bond stress distribution, the tension stiffening effect at post-cracking stage is quantified on the basis of polynomial strain distribution functions of steel and concrete, and its contribution is implemented into the reinforcing steel. The introduced model can be effectively used in constructing the stress-strain curve of concrete at post-cracking stage, and the loads carried by concrete and reinforcing steel along the member axis can be directly evaluated on the basis of the introduced model. In advance, the prediction of cracking loads and elongations of reinforced steel using the introduced model shows good agreement with results from the previous analytical studies and experimental data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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