Deformational characteristics of soils, often expressed in terms of shear modulus and material damping ratios, are important parameters in the design of soil-structure systems subjected to cyclic and dynamic loadings. In this paper, deformational characteristics of dry sand at small to intermediate strains were investigated using resonant column/torsional shear(RC 175) apparatus. Both resonant column(dynamic) and torsional shear (cyclic) tests were performed in a sequential series on the same specimen. With the modification of motion monitoring system, the elastic zone, where the stress strain relationship is independent of loading cycles and strain amplitude, was veri tied and hysteretic damping was found even in this zone. At strains above cyclic threshold, shear modulus increases and damping ratio decreases with increasing number of loading cycles. Moduli and damping ratios of dry sand are independent of loading frequency and values obtained from pseudostatic torsional shear tests are Identical with the values from the dynamic resonant column test, provided the effect of number of loading cycles is considered in the conlparison. Therefore, deformational characteristics determined by RC/TS tests may be applied in both dynamic and static analyses of soil-structure systems.
Hsiao, Darn-Horng;Phan, Vu To-Anh;Huang, Chi-Chang
Geomechanics and Engineering
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v.10
no.1
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pp.77-94
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2016
Cyclic triaxial and resonant column tests were conducted to understand the beneficial effects of various grouted sands on liquefaction resistance and dynamic properties. The test procedures were performed on a variety of grouted sands, such as silicate-grouted sand, silicate-cement grouted sand and cement-grouted sand. For each type of grout, sand specimen was mixed with a 3.5% and 5% grout by volume. The specimens were tested at a curing age of 3, 7, 28 and 91 days, and the results of the cyclic stress ratio, the maximum shear modulus and the damping ratio were obtained during the testing program. The influence of important parameters, including the type of grout, grout content, shear strain, confining pressure, and curing age, were investigated. Results indicated that sodium silicate grout does not improve the liquefaction resistance and shear modulus; however, silicate-cement and cement grout remarkably increased the liquefaction resistance and shear modulus. Shear modulus decreased and damping ratio increased with an increase in the amplitude of shear strain. The effect of confining pressure on clean sand and sodium silicate grouted sand was found to be insignificant. Furthermore, a nonlinear regression analysis was used to prove the agreement of the shear modulus-shear strain relation presented by the hyperbolic law for different grouted sands, and the coefficients of determination, $R^2$, were nearly greater than 0.984.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.31
no.4C
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pp.127-136
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2011
The settlement of a compaction plate resting on the surface of rubble-mound and subjected to a vibrating vertical load can be characterized by a transient amplitude and a plastic settlement. As long as the maximum imposed load does not exceed the bearing capacity of the rubble-mound, plastic settlement will approach an ultimate value and essentially steady-state vibration will ensue. For the settlement behavior by vibro-compaction, most laboratory experiments were conducted on laterally confined samples with loads over the full surface area or on samples placed on a vibrating table. In the field, the loads cover only a small fraction of the surface area. In this study, crushed stones are loaded with the same as field condition. According to the vibro-compaction experiments on crushed stone, it was found that approximately 90% of total settlement occur within 2 minutes and plastic settlement increases with increasing cyclic stress levels including static and dynamic stress. A compaction equation on which the number of load cycles, amplitude of plate, settlement, width of plate, and cyclic stress are related each other is proposed.
The connection with combined cross diaphragm is developed for the connection of square CFT column and steel beam and proposed to be used for the frame with asymmetric span length. The structural characteristics of this connection lie in the penetration of the beam flange in the direction of major axis through the column for the smooth flow of stress. The purpose of this study is to analyze the dynamic behavior and stress flow of suggested connection and to evaluate the resistance to shock of connection. Four T-type CFT column-to-beam specimens; two with combined cross diaphragm and the others with interior and through diaphragms, the existing connection types, were made for cyclic load test guided by the load program of ANSI/AISC SSPEC 2002. The results show that the proposed connection is more efficient than existing ones in terms of strength, stress flow and energy absorption and satisfies the seismic performance required in the region of weak/moderate earthquakes.
In this paper we are particularly focusing on the dynamic crack fatigue life of a 25 m length wind turbine blade. The blade consists of composite materiel (glass/epoxy). This work consisted initially to make a theoretical study, the turbine blade is modeled as a Timoshenko rotating beam and the analytical formulation is obtained. After applying boundary condition and loads, we have studied the stress, strain and displacement in order to determine the critical zone, also show the six first modes shapes to the wind turbine blade. Secondly was addressed to study the crack initiation in critical zone which based to finite element to give the results, then follow the evolution of the displacement, strain, stress and first six naturals frequencies a function as crack growth. In the experimental part the laminate plate specimen with two layers is tested under cyclic load in fully reversible tensile at ratio test (R = 0), the fast fracture occur phenomenon and the fatigue life are presented, the fatigue testing exerted in INSTRON 8801 machine. Finally which allows the knowledge their effect on the fatigue life, this residual change of dynamic behavior parameters can be used to predicted a crack size and diagnostic of blade.
Wei Zhou;Tian-shun Hou;Yan Yang;Yu-xin Niu;Ya-sheng Luo;Cheng Yang
Geomechanics and Engineering
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v.34
no.5
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pp.577-595
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2023
A dynamic triaxial discrete element numerical model of lightweight soil was established using the discrete element method to study the microscopic mechanism of expanded polystyrene (EPS) particles in the soil under cyclic loading. The microscopic parameters of the discrete element model of the lightweight soil were calibrated depending on the dynamic triaxial test hysteresis curves. Based on the calibration results, the effects of the EPS particles volume ratio and amplitude on the contact force, displacement field, and velocity field of the lightweight soil under different accumulated strains were studied. The results showed that the hysteresis curves of lightweight soil exhibit nonlinearity, hysteresis, and strain accumulation. The strain accumulated in remolded soil is mainly tensile strain, and that in lightweight soil is mainly compressive strain. As the volume ratio of EPS particles increased, the contact force first increased and then decreased, and the displacement and velocity of the particles increased accordingly. With an increase in amplitude, the dynamic stress of the particle system increased, and the accumulation rate of the dynamic strain of the samples also increased. At 5% compressive strain, the contact force of the particles changed significantly and the number of particles deflected in the direction of velocity also increased considerably. These results indicated that the cemented structure of the lightweight soil began to fail at a compressive strain of 5%. Thus, a compressive strain of 5% is more reasonable than the dynamic strength failure standard of lightweight soil.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.4
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pp.333-342
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2004
Tensile and low cycle fatigue (LCF) tests on prior cold worked 316L stainless steel were carried out at various temperatures from room temperature to 650$^{\circ}C$. At all test temperatures, cold worked material showed the tendency of higher strength and lower ductility compared with those of solution treated material. The embrittlement of material occurred in the temperature region from 300$^{\circ}C$ to 600$^{\circ}C$ due to dynamic strain aging. Following initial cyclic hardening for a few cycles, cycling softening was observed to dominate until failure occurred during LCF deformation, and the cyclic softening behavior strongly depended on temperature and strain amplitude. Non-Masing behavior was observed at all test temperatures and hysteresis energy curve method was employed to describe the stress-strain hysteresis loops at half$.$life. The prediction shows a good agreement with the experimental results.
A numerical procedure is presented fur evaluating seismic liquefaction on sloping ground sites. The procedure uses a fully coupled dynamic effective stress analysis with a plastic constitutive model called UBCSAND. The model was first calibrated against laboratory element behavior. This involved cyclic simple shear tests performed on loose sand with and without initial static shear stress. The numerical procedure is then verified by predicting a centrifuge test with a slope performed on loose Fraser River sand. The predicted excess pore pressures, accelerations and displacements are compared with the measurements. The results are shown to be in good agreement. The shear stress reversal patterns depend on static and cyclic shear stress levels and are shown to play a key role in evaluating liquefaction response in sloping ground sites. The sand near the slope has low effective confining stress and dilates more. When no stress reversals occur, the sand behaves in a stiffer manner that curtails the accumulated downslope displacements. The numerical procedure using UBCSAND can serve as a guide for design of new soil structures or retrofit of existing ones.
Laboratory dynamic tests are carried out to assess the liquefaction potential of saturated sands in most countries. However, simple results such as the maximum cyclic shear stress and the number of cycles at initial liquefaction are used in the experimental assessment of liquefaction potential, even though various results can be obtained from the dynamic test. In addition, it seemed to be inefficient because more than three dynamic tests with different stress ratio have to be carried out to draw a liquefaction resistance experimental curve. To improve the present assessment method fur liquefaction potential, a new critical resistible characteristic far soil liquefaction is proposed and verified through conventional cyclic triaxial tests with Jumunjin sand. In the proposed method, various experimental data such as effective stress path, stress-strain relationship, and the change of excess pore water pressure can be used in the determination of cumulative plastic shear strains at every 1/4 cycle. Especially, the critical cumulative plastic shear strain to initiate liquefaction can be defined in a specific point called a phase change point in the effective stress path and it can be calculated from a hysteric curve of stress-strain relationship up to this point. Through this research, it is found that the proposed cumulative plastic shear strain can express the dissipated energy to resist dynamic loads and consider the realistic soil dynamic behavior of saturated sands reasonably. It is also found that the critical plastic shear strain can be used as a registible index of soils to represent the critical soil dynamic state, because it seems to include no effect of large deformation.
The safety evaluations of railway wheelsets make use of the static fracture toughness obtained in ingot materials. The static fracture toughness of wheelset materials has been extensively studied by experiments, but the dynamic fracture toughness with respect to wheelset materials has not been studied enough yet. It is necessary to evaluate the characteristics of the fracture mechanics depending on each location for a full-scale wheelset for high-speed trains, because the load state for each location of the wheelset while running is different the contact load between the wheel and rail, cyclic stress in the wheel plate, etc. This paper deals with the fracture toughness depend on load rates. The fracture toughness depending on load rate data shows that once the downward curve from quasi-static values was reached, subsequent values showed a slow increase with respect to the impact velocity. This means that dynamic fracture toughness should be considered in the design code of the wheelset material.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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