Damage mechanisms in bending piezoelectric actuators under electric fatigue loading are addressed in this work with the aid of an acoustic emission (AE) technique. Electric cyclic fatigue tests have been performed up to $10^7$ cycles on the fabricated bending piezoelectric actuators. An applied electric loading range is from -6 kV/cm to +6 kV/cm, which is below the coercive field strength of the PZT ceramic. To confirm the fatigue damage onset and its pathway, the source location and distributions of the AE behavior in terms of count rate and amplitude are analyzed over the fatigue range. It is concluded that electric cyclic loading leads to fatigue damages such as transgranular damages and intergranular cracking in the surface of the PZT ceramic layer, and intergranular cracking even develops into the PZ inner layer, thereby degrading the displacement performance. However, this fatigue damage and cracking do not cause the final failure of the bending piezoelectric actuator loaded up to $10^7$ cycles. Investigations of the AE behavior and the linear AE source location reveal that the onset time of the fatigue damage varies considerably depending on the existence of a glass-epoxy protecting layer.
Al-brass is usually used as the tube material of vessel's heat exchanger for seawater cooling system because it has high thermal conductivity and good mechanical properties and high corrosion resistance due to cuprous oxide (Cu20) layer against seawater. However, Al-brass tubes of heat exchanger for vessel at the actual environment is reported that local corrosion such as stress corrosion cracking occurred by synergism effect between mechanical factor and corrosion environment In this paper, the effect of corrosion environment on the stress corrosion cracking of Al-brass in various NH4OH of 3.5% NaCl solution, under flow by constant displacement tester. Based on the test results, the behavior of polarization, stress corrosion crack propagation and dezincification phenomenon of Al-brass are investigated. The main results are as follows:(1) Increasing range of potential from open circuit potential to repassivation gets lower, as the contain rate of NH4OH gets higher. (2) As contain rate of NH4OH gets higher, SCC of Al-brass is become activation but the protection film(Cu20) of Al-brass is created in 3.5% NaCl solution. (3) According as content of NH4OH increases in 3.5% NaCl solution, the dezincifiction area is spread. It is concluded that dezincification occurred by localized preferential anodic dissolution at stress focusing region.
Tamayo, Jorge Luis Palomino;Awruch, Armando Miguel
Structural Engineering and Mechanics
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제58권5호
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pp.799-823
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2016
A finite element model for the non-linear dynamic analysis of a reinforced concrete (RC) containment shell of a nuclear power plant subjected to extreme loads such as impact and earthquake is presented in this work. The impact is modeled by using an uncoupled approach in which a load function is applied at the impact zone. The earthquake load is modeled by prescribing ground accelerations at the base of the structure. The nuclear containment is discretized spatially by using 20-node brick finite elements. The concrete in compression is modeled by using a modified $Dr{\ddot{u}}cker$-Prager elasto-plastic constitutive law where strain rate effects are considered. Cracking of concrete is modeled by using a smeared cracking approach where the tension-stiffening effect is included via a strain-softening rule. A model based on fracture mechanics, using the concept of constant fracture energy release, is used to relate the strain softening effect to the element size in order to guaranty mesh independency in the numerical prediction. The reinforcing bars are represented by incorporated membrane elements with a von Mises elasto-plastic law. Two benchmarks are used to verify the numerical implementation of the present model. Results are presented graphically in terms of displacement histories and cracking patterns. Finally, the influence of the shear transfer model used for cracked concrete as well as the effect due to a base slab incorporation in the numerical modeling are analyzed.
Hariri-Ardebili, Mohammad Amin;Seyed-Kolbadi, Seyed Mahdi;Mirzabozorg, Hasan
Structural Engineering and Mechanics
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제48권1호
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pp.17-39
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2013
In the present paper, a coaxial rotating smeared crack model is proposed for mass concrete in three-dimensional space. The model is capable of applying both the constant and variable shear transfer coefficients in the cracking process. The model considers an advanced yield function for concrete failure under both static and dynamic loadings and calculates cracking or crushing of concrete taking into account the fracture energy effects. The model was utilized on Koyna Dam using finite element technique. Dam-water and dam-foundation interactions were considered in dynamic analysis. The behavior of dam was studied for different shear transfer coefficients considering/neglecting fracture energy effects. The results were extracted at crest displacement and crack profile within the dam body. The results show the importance of both shear transfer coefficient and the fracture energy in seismic analysis of concrete dams under high hydrostatic pressure.
Crack growth rate and threshold stress intensity factor for stress corrosion cracking(SCC), $K_{ISCC}$ were measured for type 403 stainless steel in 3,5% NaCl solution at room temperature and SCC was monitored by electrochemical noise technique during $K_{ISCC}$ testing. In rising load test, pits were formed at the tip of pre-crack for the pre-cracked compact tension specimen unlike in smooth round specimen in which only unstable pits were observed and hence immune to SCC. Micro-cracks were found to initiate from the pits in the former specimen, and initiation of micro-crack as well as macro-crack was detected by electrochemical noise technique in rising load $K_{ISCC}$ tests. Crack growth rate increased with increasing either displacement rate or stress intensity factor at crack initiation and was higher in rising load $K_{ISCC}$ test compared to constant load $K_{ISCC}$ test at given stress intensities.
Acoustic emission (AE) of a high strength steel (SCM-4) was measured under stress corrosion cracking(SCC) test at a constant displacement in 3.5% artificial NaCl solution of 18.deg.C, 45.deg.C and 60.deg.C, respectively. The results are as follows; During the SCC test, AE is detected and AE count rate is approximately proportional to the crack growth rate. Even though crack is not propagated macroscopically, AE is detected. The crack growth rate of SCC and the AE count rate are higher for the solution of higher temperature, 45.deg.C and 60.deg.C, than for the solution of lower temperature, 18.deg.C. In the early stage of SCC, AE total counts mostly depend on crack growth. In the later stage, however, AE mostly depends on the film fracture and the dissolution of anode.
The tension stiffening effect is defined as the increase in stiffness in reinforced concrete member due to the stiffness provided by concrete between cracks. If this is disregarded in analysis of reinforced concrete members, especially at the level of service loads, member stiffnesses may be underestimated considerably. This paper presents on the failure behavior and tension stiffening of RC tension test with main variables such as concrete strength, rebar diameter and strength. The tension stiffening was analyzed from the load-displacement relationship by ACI code and the proposed by Collins & Mitchell. In summary, the effect of tension stiffening decrease rapidly as the rebar diameter increase, rebar strength increase, and concrete strength increase. The effect of tension stiffening on RC member is the biggest near the behavior of concrete cracking and decrease as the load close to the breaking point. Thus, the tension stiffening should be considered for the precise analysis near the load of concrete cracking.
This paper deals with behaviors of PSC-Beam bridges according to continuity of spans. To analyze the long-term behavior of bridges, an analytical model which can simulate the effects of creep, the shrinkage of concrete, and the cracking of concrete slabs in the negative moment regions is introduced. To consider the different material properties across the sectional depth, the layer approach in which a section is divided into imaginary concrete and steel layers is adopted. The element stiffness matrix is constructed according to the assumed displacement field formulation, and the creep and shrinkage effects of concrete are considered in accordance with the first-order algorithm based on the expansion of the creep compliance. Correlation studies between analytical and experimental results are conducted with the objective to establish the validity of the proposed model. Besides, many uncertainties related to the continuity of spans are analyzed to minimize deck cracking at interior supports.
Concrete is one of the principal materials for the structure and it is widely used all over the world. but it shows extremely brittle failure under bending and tensile load. Recently to improve such a poor property. High Performance Fiber Reinforced Cementitious Composites (HPFRCC) have been developed. and it are defined by an ultimate strength higher than their first cracking strength and the formation of multiple cracking during the inelastic deformation process. This study is to develop the hybrid HPFRCC with high ductility and strain capacity in bending and tensile load. and the three-point bending test on hybrid HPRFCC reinforced with micro and macro fibers is carried out in this paper. As the results of the bending tests. hybrid HPFRCCs reinforced with PVA40+SF and PVA100+PVA660 showed the high ultimate bending stress, multiple cracks and displacement hardening under bending load.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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