This study is to apply the theory of fatigue fracture to solder joints under thermal cyclic loading and predict life of solder joint to failure. A 62Sn-36Pb-2Ag solder was used in this study. Tensile tests were preformed at temperatures of 15.dec. C, 50.dec. C and 85.dec. C in order to find terms of crack length "a". plastic strain range ""${\Delta}{\varepsilon}_p$" and temperature "T". Solder joint under thermal cyclic loading was analyzed by FEM. this FEM analysis together with the crack growth rate will provide the capability of the fatigue life prediction of solder joints and enhance the reliability od solder joint.
Nondestructive evaluation for material health monitoring is important in aerospace industries. Composite laminates are exposed to heat cyclic loading and humid environment depending on flight conditions. Cyclic heat loading and moisture absorption may lead to material degradation such as matrix breaking, debonding, and delamination. In this paper, the moisture absorption ratio was investigated by measuring the Lamb wave velocity. The composite laminates were manufactured and subjected to different thermal aging cycles and moisture absorption. For various conditions of these cycles, not only changes in weight and also ultrasonic wave velocity were measured, and the Lamb wave velocity at various levels of moisture on a carbon-epoxy plate was investigated. Results from the experiment show a linear correlation between moisture absorption ratio and Lamb wave velocity at different thermal fatigue stages. The presented method can be applied as an alternative solution in the online monitoring of composite laminate moisture levels in commercial flights.
The beams components subjected to the loading such as axial, bending and cyclic thermal loads were studied in this research. The used constitutive equations are those of elasto-plasticity coupled to ductile and/or creep damage. The nonlinear kinematic hardening behavior was considered in elastoplasticity modeling. The unified damage law proposed for ductile failure and fatigue by the author of Sermage et al. (2000) and Kachanov's creep damage model applied to cyclic creep and low cycle fatigue of beams. Based on the results of the analysis, the shakedown limit loads were determined through the calculation of the residual strains developed in the beam analysis. The iterative technique determines the shakedown limit load in an iterative manner by performing a series of full coupled elastic-plastic and continuum damage cyclic loading modeling. The maximum load carrying capacity of the beam can withstand, were determined and imposed on the Bree's interaction diagram. Comparison between the shakedown diagrams generated by or without creep and/or ductile damage for the loading patterns was presented.
Ye, Zhongnan;Heidarpour, Amin;Jiang, Shouchao;Li, Yingchao;Li, Guoqiang
Steel and Composite Structures
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제43권5호
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pp.673-688
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2022
Post-earthquake fire is a major threat since most structures are designed allowing some damage during strong earthquakes, which will expose a more vulnerable structure to post-earthquake fire compared to an intact structure. A series of experimental research on steel-concrete composite beam-to-column joints subjected to fire after cyclic loading has been carried out and a clear reduction of fire resistance due to the partial damage caused by cyclic loading was observed. In this paper, by using ABAQUS a robust finite element model is developed for exploring the performance of steel-concrete composite joints in post-earthquake fire scenarios. After validation of these models with the previously conducted experimental results, a comprehensive numerical analysis is performed, allowing influential parameters affecting the post-earthquake fire behavior of the steel-concrete composite joints to be identified. Specifically, the level of pre-damage induced by cyclic loading is regraded to deteriorate mechanical and thermal properties of concrete, material properties of steel, and thickness of the fire protection layer. It is found that the ultimate temperature of the joint is affected by the load ratio while fire-resistant duration is relevant to the heating rate, both of which change due to the damage induced by the cyclic loading.
Vehicle components such as lower control arm are usually affected by heat during the welding process. As a result, residual stress is generated, which has much effect on mechanical performances such as crashworthiness and durability. In this study, the residual stress in lower control arm has been measured by the x-ray diffraction method and been analyzed by finite element methods. Heat transfer during seam weld process has been calculated and used in calculating thermal deformation with temperature dependent material properties. High residual stress has been found at vertical wall both by measurement and simulation. The simulation also showed the residual stress re-distribution when the component is subjected to cyclic loading condition.
The objective of this paper is to experimentally study the consolidation of saturated silty clay subjected to repeated heating-cooling cycles using a modified temperature-controlled triaxial apparatus. Focus is placed on the influence of the water content, confining pressure, and magnitudes and number of thermal loading cycles. The experimental results show that the thermally induced pore pressure increases with increasing water content and magnitude of thermal loading in undrained conditions. After isothermal consolidation at an elevated temperature, the pore pressure continues to decrease and gradually falls below zero during undrained cooling, and the maximum negative pore pressure increases as the water content decreases or the magnitude of thermal loading increases. During isothermal consolidation at ambient temperature after one heating-cooling cycle, the pore pressure begins to rise due to water absorption and finally stabilizes at approximately zero. As the number of thermal loading cycles increases, the thermally induced pore pressure shows a degrading trend, which seems to be more apparent under a higher confining pressure. Overall, the specimens tested show an obvious volume reduction at the completion of a series of heating-cooling cycles, indicating a notable irreversible thermal consolidation deformation.
This paper aims to investigate the seismic behavior and influence parameters of the large-scaled thin-walled reinforced concrete (RC) tubular columns in air-cooled supporting structures of thermal power plants (TPPs). Cyclic loading tests and finite element analysis were performed on 1/8-scaled specimens considering the influence of wall diameter ratio, axial compression ratio, longitudinal reinforcement ratio, stirrup reinforcement ratio and adding steel diagonal braces (SDBs). The research results showed that the cracks mainly occurred on the lower half part of RC tubular columns during the cyclic loading test; the specimen with the minimum wall diameter ratio presented the earlier cracking and had the most cracks; the failure mode of RC tubular columns was large bias compression failure; increasing the axial compression ratio could increase the lateral bearing capacity and energy dissipation capacity, but also weaken the ductility and aggravate the lateral stiffness deterioration; increasing the longitudinal reinforcement ratio could efficiently enhance the seismic behavior; increasing the stirrup reinforcement ratio was favorable to the ductility; RC tubular columns with SDBs had a much higher bearing capacity and lateral stiffness than those without SDBs, and with the decrease of the angle between columns and SDBs, both bearing capacity and lateral stiffness increased significantly.
Due to functional requirements, SRC column-RC beam abnormal joints with characteristics of strong beam weak column, variable column section, unequal beam height and staggered height exist in the Steel reinforced concrete (SRC) frame-bent main building structure of thermal power plant (TPP). This paper presents the experimental results of these abnormal joints through cyclic loading tests on five specimens with scaling factor of 1/5. The staggered height and whether adding H-shaped steel in beam or not were changing parameters of specimens. The failure patterns, bearing capacity, energy dissipation and ductile performance were analyzed. In addition, the stress mechanism of the abnormal joint was discussed based on the diagonal strut model. The research results showed that the abnormal exterior joints occurred shear failure and column end hinge flexural failure; reducing beam height through adding H-shaped steel in the beam of abnormal exterior joint could improve the crack resistance and ductility; the abnormal interior joints with different staggered heights occurred column ends flexural failure; the joint with larger staggered height had the higher bearing capacity and stiffness, but lower ductility. The concrete compression strut mechanism is still applicable to the abnormal joints in TPP, but it is affected by the abnormal characteristics.
In superconducting coil applications particularly in wet wound coils, coated conductor (CC) tapes are subjected to different type of stresses. These include hoop stress acting along the length of the CC tape and the Lorentz force acting perpendicular to the CC tape's surface. Since the latter is commonly associated with delamination problem of multi-layered CC tapes, more understanding and attention on the delamination phenomena induced in the case of coil applications are needed. Difference on the coefficient of thermal expansion (CTE) of each constituent layer of the CC tape, the bobbin, and the impregnating materials is the main causes of delamination in CC tapes when subjected to thermal cycling. The CC tape might also experience cyclic loading due to the energizing scheme (on - off) during operation. In the design of degradation-free superconducting coils, therefore, characterization of the delamination behaviors including mechanism and strength in REBCO CC tapes becomes critical. In this study, transverse tensile tests were conducted under different loading conditions using different size of upper anvils on the GdBCO CC tapes. The mechanical and electromechanical delamination strength behaviors of the CC tapes under transverse tensile loading were examined and a two-parameter Weibull distribution analysis was conducted in statistical aspects. As a result, the CC tape showed similar range of mechanical delamination strength regardless of cross-head speed adopted. On the other hand, cyclic loading might have affected the CC tape in both upper anvil sizes adopted.
본 연구에서는 열적-기계적 주기하중을 받고 있는 엔진 배기매니폴드에 대해서 열응력 해석방법과 열피로수명 예측과정을 제시하였다. 즉, 파손현상이 복잡한 배기시스템의 효율적인 유한요소 모델링 방법과 온도 의존성 재료의 시험결과를 이용한 해석 데이터 구성, 그리고 열사이클 하중에 대한 열응력 및 파손 예측방법을 디젤엔진의 배기매니폴드에 대해서 나타내었다. 일반적으로 배기매니폴드의 파손 취약부에서는 고온영역에서 큰 압축소성변형이 발생하고 냉각시에는 인장의 잔류응력이 나타난다. 따라서 이같은 응력과 변형률의 이력곡선으로부터 소성변형의 진폭 또는 소성에너지의 크기를 얻을 수 있으며 이를 통해서 피로수명을 예측할 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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