Blason, Sergio;Correia, Jose A.F.O.;Jesus, Abilio M.P. De;Calcada, Rui A.B.;Fernandez-Canteli, Alfonso
Structural Engineering and Mechanics
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제60권1호
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pp.71-90
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2016
In this paper, the normalized variable V=(log N-B)(log ${\Delta}{\sigma}-C$-C), as derived from the probabilistic S-N field of Castillo and Canteli, is taken as a reference for calculation of damage accumulation and probability of failure using the Miner number in scenarios of variable amplitude loading. Alternative damage measures, such as the classical Miner and logarithmic Miner, are also considered for comparison between theoretical lifetime prediction and experimental data. The suitability of this approach is confirmed for it provides safe lifetime prediction when applied to fatigue data obtained for riveted joints made of a puddle iron original from the Fao bridge, as well as for data from experimental programs published elsewhere carried out for different materials (aluminium and concrete specimens) under distinct variable loading histories.
In present study, a stochastic model is developed for the low cycle fatigue life prediction and reliability assessment of 316L stainless steel under variable multiaxial loading. In the proposed model, fatigue phenomenon is considered as a Markov process, and damage vector and reliability are defined on every plane. Any low cycle fatigue damage evaluating method can be included in the proposed model. The model enables calculation of statistical reliability and crack initiation direction under variable multiaxial loading, which are generally not available. In present study, a critical plane method proposed by Kandil et al., maximum tensile strain range, and von Mises equivalent strain range are used to calculate fatigue damage. When the critical plane method is chosen, the effect of multiple critical planes is also included in the proposed model. Maximum tensile strain and von Mises strain methods are used for the demonstration of the generality of the proposed model. The material properties and the stochastic model parameters are obtained from uniaxial tests only. The stochastic model made of the parameters obtained from the uniaxial tests is applied to the life prediction and reliability assessment of 316L stainless steel under variable multiaxial loading. The predicted results show good accordance with experimental results.
본(本) 논문(論文)에서는 크기가 변(變)하는 변동진폭(變動振幅)의 반복하중이 콘크리트구조물(構造物)에 작용(作用)할 경우 피로파괴를 예측할 수 있는 비선형누적손상이론(非線型累積損傷理論)을 제안(提案)하였다. 이를 위하여 콘크리트보에 대한 피로실험이 수행되었으며, 피로하중은 2단계 및 3단계로 크기가 증가하는 경우와 감소하는 경우가 모두 고려되었다. 본(本) 연구(硏究)의 실험결과(實驗結果) 변동진폭(變動振幅)의 반복하중을 받는 콘크리트에 발생하는 누적손상은 피로하중의 크기와 피로하중의 작용순서에 따라 많은 영향을 받는 것으로 나타났으며, 따라서 Palmgren-Miner의 선형손상이론이 콘크리트의 경우 적합하지 않음을 보여주고 있다. 피로하중이 점진적으로 증가하는 경우 Miner의 손상합(損傷合)은 1 보다 크며, 피로하중이 점진적으로 감소하는 경우 이 손상합은 1 보다 작은 것으로 나타났다. 본(本) 논문(論文)에서 제안(提案)된 비선형(非線型) 누적손상이론(累積損傷理論)을 피로하중의 크기와 작용순서의 영향을 고려할 수 있는 보다 진보(進步)된 손상이론으로서, 콘크리트 구조용의 피로해석 및 설계에 있어 하나의 토대가 될 것으로 사료된다.
Fatigue failure of a grid structure using bolt-sphere joints is liable to occur in a high-strength bolt due to the alternating and reciprocal actions of a suspension crane. In this study, variable amplitude fatigue tests were carried out on 20 40 Cr steel alloy M30 high-strength bolts using an MTS fatigue testing machine, and four cyclic stress amplitude loading patterns, Low-High, High-Low, Low-High-Low, and High-Low-High, were tested. The scanning electron microscope images of bolt fatigue failure due to variable amplitude stress were obtained, and the fractographic analysis of fatigue fractures was performed to investigate the fatigue failure mechanisms. Based on the available data from the constant amplitude fatigue tests, the variable amplitude fatigue life of an M30 high-strength bolt in a bolt-sphere joint was estimated using both Miner's rule and the Corten-Dolan model. Since both cumulative damage models gave similar predictions, Miner's rule is suggested for estimating the variable-amplitude fatigue life of M30 high-strength bolts in a grid structure with bolt-sphere joints; the S-N fatigue curve of the M30 high-strength bolts under variable amplitude loading was derived using equivalent stress amplitude as a design parameter.
In order to investigate the damage evolution law of rock specimens under cyclic loading, cyclic loading tests under constant loads with different amplitudes were carried out on limestone specimens with high strength and brittleness values using acoustic emission (AE) technology and the energy evolution and AE characteristics were evaluated. Based on dissipated energy density and AE counts, the damage variable of specimen was characterized and two damage evolution processes were analyzed and compared. The obtained results showed that the change of AE counts was closely related to radial deformation. Higher cyclic loading values result in more significant radial strain of limestone specimen and larger accumulative AE counts of cyclic loading segment, which indicated Felicity effect. Regarding dissipated energy density, the damage of limestone specimen was defined without considering the influence of radial deformation, which made the damage value of cyclic loading segment higher at lower amplitude loads. The damage of cyclic loading segment was increased with the magnitude of load. When dissipated energy density was applied to define damage, the damage value at unloading segment was smaller than that of AE counts. Under higher cyclic loading values, rocks show obvious damage during both loading and unloading processes. Therefore, during deep rock excavation, the damages caused by the deformation recovery of unloading rocks could not be ignored when considering the damage caused by abutment pressure.
As a kind of intelligent materials, conductive asphalt concrete has a broad application prospect including melting ice and snow on the pavement, closing cracks in asphalt concrete, sensing pavement damage, and so on. Conductive pavement will be suffered from fatigue failure as conventional pavement in the process of service, and this fatigue damage of internal structure can be induced by electrical signal output. The characteristics of electrical signal variation of conductive asphalt concrete in the process of fatigue cracking were researched in this paper. The whole process was clearly divided into three stages according to resistance changes, and the development of fatigue damage wasn't obvious in stage I and stage II, while in stage III, the synchronicity between the resistance and damage began to appear. Thus, fatigue damage variable D and initial damage value $D_0$ represented by the functions of resistance were introduced in stage III. After calculating the initial damage value $D_0$ under different stress levels, it was concluded that the initial damage value $D_0$ had no noticeable change, just ranged between 0.24 and 0.25. This value represented a critical point which could be used to inform the repair time of early fatigue damage in the conductive asphalt pavement.
In this study, about the fatigue life of welded structure material under fluctuation loading, the prediction life which is produced by using the Histogram Recorder System was compared with the experimental life which is produced by the RMC model which is imported by conception of equivalent stress. In this result, this is represented few difference by comparing prediction life which is produced by damage analysis depended on Miner's rule, by using the Histogram Recorder System, with experimental life which is produced by the RMC load model which is imported by conception of equivalent of stress, therefore fatigue life is easily predicted by using Histogram Recorder System, and result of prediction has equivalent accuracy with other method which is more complex than the Histogram Recorder System. Besides the damage which is produced by stress which is high thirty percentage rank in the stress range of damage inducing, is nearly equal to the damage which is induced the rest of seventy percentage, there fore we can see that damage accumulation which is induced few time overload which is effected welded structure material is great.
In this research a theoretical and numerical study on a bridge damage detection procedure is presented based on vibration measurements collected from a set of accelerometers. This method, referred to as "Adjoint Variable Method", is a sensitivity-based finite element model updating method. The approach relies on minimizing a penalty function, which usually consists of the errors between the measured quantities and the corresponding predictions attained from the model. Moving mass is an interactive model and includes inertia effects between the model and mass. This interactive model is a time varying system and the proposed method is capable of detecting damage in this variable system. Robustness of the proposed method is illustrated by correct detection of the location and extension of predetermined single, multiple and random damages in all ranges of speed and mass ratio of moving vehicle. A comparative study on common sensitivity and the proposed method confirms its efficiency and performance improvement in sensitivity-based damage detection methods. In addition various possible sources of error, including the effects of measurement noise and initial assumption error in stability of method are also discussed.
A numerical model for masonry is proposed by following an internal variable approach originally developed in the field of elastic-plastic analysis. The general features of the theoretical framework are discussed by focussing on finite element models applicable to incremental elastic-plastic problems. An extremum property is derived and its implications in terms of convergence for convenient algorithms are briefly discussed, by including the case of softening materials and damage effects. Next, a numerical model is presented, which is suitable for masonry, can be developed according to the same internal variable formulation and enjoys similar properties. Some numerical results are presented and compared with the response of a masonry shear wall subjected to pseudodynamic tests.
A fatigue damage accumulation model based on the continuum damage mechanics theory was developed where modulus decay ratios in tension and shear were used as indicators for damage variables D. In the model, the damage variables are considered to be second-order tensors. Then, the maximum principal damage variable, $D^*$ is introduced. According to the similarity to the principal stress, $D^*$ is obtained as the maximum eigen value of damage tensor [D]. Under proportional tension and torsion loadings, fatigue lives were satisfactorily predicted at any combined stress ratios using the present model in which the Fatigue characteristics only under uniaxial tension and pure torsion loadings were needed. Fatigue life prediction under uniaxial tension and pure torsion loadings, was performed based on the damage mechanics using boundary element method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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