Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.31
no.3
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pp.121-125
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2018
In this study, finite element analyses of crack propagation along a sinusoidal interface are performed by using cohesive elements. BK law is used for cohesive zone to consider mixed mode traction-separation relation at the crack tip on a sinusoidal interface of a double cantilever beam specimen. The shape of a sinusoidal interface crack and the cohesive strength and the cohesive energies in mixed mode cohesive laws are varied in numerical experiments, and load-displacement curves at the ends of a double cantilever beam specimen are obtained to investigate the crack propagation behavior along a sinusoidal interface.
Crack instability propagation during coal and rock mass failure is the main reason for electromagnetic radiation (EMR) generation. However, original cracks on coal and rock mass are hard to study, making it complex to reveal EMR laws and mechanisms. In this paper, we prefabricated cracks of different inclinations in coal and rock samples as the analogues of the native cracks, carried out uniaxial compression experiments using these coal and rock samples, explored, the effects of the prefabricated cracks on EMR laws, and verified these laws by measuring the surface potential signals. The results show that prefabricated cracks are the main factor leading to the failure of coal and rock samples. When the inclination between the prefabricated crack and axial stress is smaller, the wing cracks occur first from the two tips of the prefabricated crack and expand to shear cracks or coplanar secondary cracks whose advance directions are coplanar or nearly coplanar with the prefabricated crack's direction. The sample failure is mainly due to the composited tensile and shear destructions of the wing cracks. When the inclination becomes bigger, the wing cracks appear at the early stage, extend to the direction of the maximum principal stress, and eventually run through both ends of the sample, resulting in the sample's tensile failure. The effect of prefabricated cracks of different inclinations on electromagnetic (EM) signals is different. For samples with prefabricated cracks of smaller inclination, EMR is mainly generated due to the variable motion of free charges generated due to crushing, friction, and slippage between the crack walls. For samples with larger inclination, EMR is generated due to friction and slippage in between the crack walls as well as the charge separation caused by tensile extension at the cracks' tips before sample failure. These conclusions are further verified by the surface potential distribution during the loading process.
In this study, the intermediate layer in Pd-based hydrogen separation membrane was synthesized to minimize the surface roughness and defects using powder-type and sol-type metal oxides. The surface properties and gas permeation characteristics were analysed by SEM and $N_2$ gas permeation test. The coating layer composed of sol type metal oxides has smooth surface, especially the layer coated by $TiO_2$ sol has little pin holes, cracks and defects. The binary layer composed of powder type and sol type metal oxides has similar flux characteristics to a single sol type layer. The Pd-based composite membrane improved by the binary intermediate layer exhibited $0.32mol/m^2s$ of the hydrogen permeation flux with a selectivity ($H_2/N_2$) of ~10,890 at 672 K and a pressure difference of 1 bar.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.26
no.5
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pp.393-399
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2013
In this paper, a novel approach to estimate cohesive laws for the mode I fracture of the graphene is presented by combining molecular dynamic simulations and an inverse algorithm based on field projection method and finite element method. The determination of crack-tip cohesive laws of the graphene based on continuum mechanics is a non-trivial inverse problem of finding unknown tractions and separations from atomic simulations. The displacements of molecular dynamic simulations in a region far away from the crack tip are transferred to finite element nodes by using moving least square approximation. Inverse analyses for extracting unknown cohesive tractions and separation behind the crack tip can be carried out by using conservation nature of the interaction J- and M-integrals with numerical auxiliary fields which are generated by systematically imposing uniform surface tractions element-by-element along the crack surfaces in finite element models. The preset method can be a very successful approach to extract crack-tip cohesive laws from molecular dynamic simulations as a scale bridging method.
Model equations for the gas permeation through a ceramic composite membrane were derived for examining the existence of crack, the reproducibility, and the microstructural properties of composite membranes. From the results of analyzing the nitrogen permeability data through alumina-tube supported TiO2 and SiO2 composite membranes, the extent of cracking, and the formation and structure of membrane top-layers were modelled. It was proved that the crack-free and reproducible composite membranes could be easily prepared only by the pore-filled coating within pores of the support in the sol-gel coating process.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2000.04a
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pp.751-756
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2000
The structural behavior of reinforced concrete slabs strengthened by glass fiber reinforced plastic-panels experimentally investigated. The experimental variables are strengthening length, strengthening width, and pre-crack existence. The pre-cracked slabs are initially loaded to 70 percent of ultimate flexural capacity and subsequently repaired with GFRP-Panels bonded to the tension face of the slabs. Five one-way slabs were tested to failure. The main failure mode of strengthened slabs is separation failure by crack propagation from load point section to end of plate. The behavior of strengthened slabs is represented by a maximum load, load-deflection curves an load-strain curves.
In this study, nanoporous HKUST-1 membranes were synthesized by solvothermal method. It is very difficult to prepare uniform and crack-free HKUST-1 layer on macroporous alumina support by in-situ solvothermal method. In this study, continuous and crack-free HKUST-1 membranes could be obtained by spraying solvothermal precursor solution on the heated alumina support, followed by solvothermal synthesis. HKUST-1 membranes were characterized by XRD, FE-SEM and single gas permeation experiments.
In this paper, when CF/PEEK laminates for high efficiency space structure are subjected to FOD(Foreign Object Damage), the effects of temperature change on the impact damages(interlaminar separation and transverse crack) of CF/PEEK laminates and the relationship between residual lift and impact damages are experimentally investigated. Composite laminates used in this experiment are CF/PEEK orthotropic laminated plates, which have two-interlaces [$0^{\circ}_4/90^{\circ}_8/0^{\circ}_4$]. A steel ball launched by the air gun collides against CF/PEEK laminates to generate impact damages. And then CF/PEEK specimens with impact damages are observed by a scanning acoustic microscope under room and high temperatures. In this experimental results, various relations are experimentally observed including the delamination area vs. temperature change, the bending strength vs. impact energy and the residual bending strength vs. impact damage of CF/PEEK laminates.
Compressive ability is one of the most important mechanical properties of concrete material. The compressive failure process of concrete is pretty complex with internal tension, shear damage and friction between cracks. To simulate the complex fracture process of concrete at meso level, methodology for meso-structural analysis of concrete specimens is developed; the zero thickness cohesive elements are pre-inserted to simulate the crack initiation and propagation; the constitutive applied in cohesive element is established to describe the mechanism of crack separation, closure and friction behavior between the fracture surfaces. A series of simulations were carried out based on the model proposed in this paper. The results reproduced the main fracture and mechanical feature of concrete under compression condition. The effect of key material parameters, structure size, and aggregate content on the concrete fracture pattern and loading carrying capacities was investigated. It is found that the inner friction coefficient has a significant influence on the compression character of concrete, the compression strength raises linearly with the increase of the inner friction coefficient, and the fracture pattern is sensitive to the mesostructure of concrete.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.42
no.11
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pp.911-918
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2014
In this paper, a selective activation strategy of cohesive elements using user subroutine UMPC was studied as an efficient solution for the added compliance problem in cohesive zone model crack propagation analyses. The cohesive elements were inserted between every bulk elements in region where cracks were expected to initiate and propagate, but initially not activated by tying the cohesive nodes using multi-point constraints. During analyses, the cohesive elements for which specified criterion was met were selectively activated by releasing the constraints. The effect of initial cohesive stiffness and the release criterion on the crack propagation behavior was carefully investigated.
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