The non-linear static analysis of reinforced concrete (RC) structures using the three-dimensional (3D) finite element method is a time-consuming and challenging task. Moreover, this type of analysis encounters numerical problems such as the lack of convergence of results in the stages of growth and propagation of cracks in the structure. The time integration analysis along with the mass scaling (MS) technique is usually used to overcome these limitations. Despite the use of this method in the 3D finite element analysis of RC structures, a comprehensive study has not been conducted so far to assess the effects of the MS method on the accuracy of results. This study aims to evaluate the accuracy of the MS method in the non-linear quasi-static finite element analysis of RC structures. To this aim, different types of RC structures were simulated using the finite element approach based on the implicit time integration method and the mass scaling technique. The influences of effective parameters of the MS method (i.e., the allowable values of increase in the mass of the RC structure, the relationship between the duration of the applied load and fundamental vibration period of the RC structure, and the pattern of applied loads) on the accuracy of the simulated results were investigated. The accuracy of numerical simulation results has been evaluated through comparison with existing experimental data. The results of this study show that the achievement of accurate structural responses in the implicit time integration analyses using the MS method involves the appropriate selection of the effective parameters of the MS method.
S.H. Lee;D.J. Park;J.H. Song;C.H. Lee;J.M. Lee;T. Lee
Transactions of Materials Processing
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v.33
no.5
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pp.348-353
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2024
The S355NL steel has garnered attention as a structural material for applications in extremely challenging environments owing to its excellent mechanical properties. This study investigated the hot deformation behavior of S355NL steel through compression tests conducted in a temperature range of 900-1200℃ and a strain rate range of 10-3-1 s-1 to explore the optimal processing parameters. The flow behaviors consisted of an initial rapid increase and subsequent plateau with a marginal decrease in stress. This phenomenon was interpreted in terms of microstructural evolution, such as dislocation density and dynamic recrystallization. The efficiency of power dissipation and instability domains were derived using the dynamic material model based on the compression test dataset, providing a series of processing maps. In contrast to conventional processing maps plotted for a single strain value, this study has established ten maps at a strain interval of 0.1. This approach allowed for the consideration of continuously variable strain parameters, which is inherent to an actual metal-forming process. The efficiency of power dissipation was strongly governed by the high temperatures (≥ 1100℃). The strain rates barely affected the efficiency, but it primarily contributed to the instability domains. The application of high strain rates (≥ 10-1s-1) generated a region of negative instability due to the absence of dynamic recrystallization and the presence of cracks at grain boundaries.
This research work aims to develop an optimal design using Finite Element (FE) and Genetic Algorithm (GA) methods to replace the traditional concrete and timber material by a Synthetic Polyurethane fibre glass composite material in railway sleepers. The conventional timber railway sleeper technology is associated with several technical problems related to its durability and ability to resist cutting and abrading action of the bearing plate. The use of pre-stress concrete sleeper in railway industry has many disadvantages related to the concrete material behaviour to resist dynamic stress that may lead to a significant mechanical damage with feasible fissures and cracks. Scientific researchers have recently developed a new composite material such as Glass Fibre Reinforced Polyurethane (GFRP) foam to replace the conventional one. The mechanical properties of these materials are reliable enough to help solving structural problems such as durability, light weight, long life span (50-60 years), less water absorption, provide electric insulation, excellent resistance of fatigue and ability to recycle. This paper suggests appropriate sleeper design to reduce the volume of the material. The design optimization shows that the sleeper length is more sensitive to the loading type than the other parameters.
The failure mechanism of a deep hard rock tunnel under high geostress and high geothermalactivity is extremely complex. Uniaxial compression tests of granite at different temperatures were conducted. The complete stress-strain curves, mechanical parameters and macroscopic failure types of the rock were analyzed in detail. The brittleness index, which represents the possibility of a severe brittleness hazard, is proposed in this paperby comparing the peak stress and the expansion stress. The results show that the temperature range from 20 to $60^{\circ}C$ is able to aggravate the brittle failure of hard rock based on the brittleness index. The closure of internal micro cracks by thermal stress can improve the strength of hard rock and the storage capacity of elastic strain energy. The failure mode ofthe samples changes from shear failure to tensile failure as the temperature increases. In conclusion, the brittle failure mechanism of hard rock under the action of thermal coupling is revealed, and the analysis result offers significant guidance for deep buried tunnels at high temperatures and under high geostress.
Jun, Namgyu;Moon, Byungwoo;Kim, Yongseok;Koo, Jae-Mean;Seok, Chang-Sung;Hong, Ui Seok;Oh, Min Kyeong;Kim, Seong Rae
Elastomers and Composites
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v.52
no.3
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pp.167-172
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2017
Ultra-high performance (UHP) tires, for which demand has recently surged, are subject to severe strain conditions due to the low aspect ratio of their sidewalls. It is important to ensure sidewall material durability, since a sudden tire sidewall breakage during vehicle operation is likely to cause a major accident. In the automotive application of rubber parts, cracking is defined as a failure because when cracks occur, the mechanical properties of rubber change. According to Mars, Andre et al., strain and strain energy density (SED) are mainly used as a failure parameters and the SED is generally used as a fatigue damage parameter. In this study, the fatigue life curves of sidewall rubber of tires were determined by using the SED as fatigue damage parameter while the effect of aging on fatigue life was evaluated after obtaining the SED-Nf curves according to aging condition.
Delaminations and cracks are common failures in structures. They may significantly reduce the stiffness of the structure and affect their vibration characteristics. In the present study, an analytical solution is developed to study the effect of an edge crack on the vibration characteristics of delaminated beams. The rotational spring model, the 'free mode' and 'constrained mode' assumptions in delamination vibration are adopted. This is the first study on how an edge crack affects the vibration characteristic of delaminated beams and new nondimensional parameters are developed accordingly. The crack may occur inside or outside the delaminated area and both cases are studied. Results show that the effect of delamination length and thickness-wise location on reducing the natural frequencies is aggravated by an increasing crack depth. The location of the crack also influences the effect of delamination, but such influence is different between crack occurring inside and outside the delaminated area. The difference of natural frequencies between 'free mode' and 'constrained mode' increases then decreases as the crack moves from one side of the delaminated region to the other side, peaking at the middle. The analytical results of this study can serve as the benchmark for FEM and other numerical solutions.
Pulse TIG (Tungsten Inert Gas) welding is often considered the most difficult of all the welding processes commonly used in industry. Because the welder must maintain a short arc length, great care and skill are required to prevent contact between the electrode and the workpiece. Pulse TIG welding is most commonly used to weld thin sections of stainless steel, non-ferrous metals such as aluminum, magnesium and copper alloys. It is significantly slower than most other welding techniques and comparatively more complex and difficult to master as it requires greater welder dexterity than MIG or stick welding. The problems associated with manual TIG welding includes undercutting, tungsten inclusions, porosity, Heat affected zone cracks and also the adverse effect on health of welding gun operator due to amount of tungsten fumes produced during the welding process. This brings the necessity of automation. Hence, In this paper an attempt has been made to build a customerized setup of Pulse TIG welding based on through review of Pulse TIG welding parameters. The cost associated for making automated TIG is found to be low as compared to SPM (Special Purpose machines) available in the market.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.10
no.3
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pp.165-169
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2007
Prediction of fatigue duration is attainable from the analysis of the growth rate of the fatigue crack, and the property of the fatigue crack growth is determined by the calculation of the stress intensity factor. And the evaluation of the stress intensity factor, K comes from the stress analysis of the vicinity of crack tip of the continuum. This study describes a simple method to decide the stress intensity factor for the small crack at the sharp edge notches. The proposed method is based on the similarities between elastic stress fields of the notch tip described by two parameters, the stress concentration factor K, the radius of arc of the notch. And it is applicable to the analysis of the semi-elliptical penetration cracks and the edge notches.
The IR crystallinity index of Calcium nitrate treated silk fiber decreased proportionally to the concentration of calcium nitrate. A partial change of conformation was observed in the concentration of over 46.4-47.6% changing from $\beta$-sheet or to random coil in the crystalline region. This is in coincidence with the result of crystallinity index, which was started to be reduced in the concentration range of 46.4-47.6%. A same trend was observed for the X-ray order factor, birefringence, degree of orientation and surface structure. These structural parameters were remarkably changed on the treatment of silk fibers with concentration of 46.4-17, 6% calcium nitrate. Therefore, it seems that there exists a critical concentration of calcium nitrate in affection the structure and morphology of silk fibers. According to the examination of surface morphology, the fine stripe was observed in the direction of fiber axis at 46.4% concentration. However, the treated concentration was exceeded by 47.6%, the cracks were appeared severely on the fiber surface in the transverse direction as well as fiber axis direction. This result might be related to the tensile properties, specially a tenacity of silk fibers. As a result of quantitative analysis of a dilute acid hydrolysis, three different regions, which are known as a amorphous, semi-crystalline and crystalline region, could be obtained. The hydrolysis rate curves were different with various concentrations of treatment and the relative contents of each region could be calculated.
Static and fatigue tests were performed to evaluate fatigue strength in scallop at field bolted joints of longitudinal rib and deck plate in orthotropic steel decks. Numerical parametric studies using finite elemtn analysis were also conducted to show the influence of parameters such as length and radius of scallop, and thickness of deckplate on the stress concentration at the scallop. In the low stress level, fatigue tests yielded cracks at the scallop while in the high stress level, catastrophic failure of longitudinal rib occurred following the failure of handhole cover plate. Fatigue strength was compared with JSSC specification and the predicted S-N curves using Shigley and Juvinall methods, and a satisfactory result was obtatined.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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