Park, Sung-Ju;Lee, Kangsu;Cerik, Burak Can;Kim, Younghyn;Choung, Joonmo
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.56
no.1
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pp.82-93
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2019
In this paper, the ductile fracture criteria for a marine structural steel (EH36) are presented and validated. The theoretical background of the recently developed Hosford-Coulomb (HC) fracture strain model and the DSSE fracture strain model which was developed to apply to the shell elements is described. In order to accurately estimate the flow stress in the large strain range up to the fracture, the material constants for the combined Swift-Voce constitutive equation were derived by the numerical analyses of the smooth and notched specimens made from the EH36 steel. As a result of applying the Swift-Voce flow stress to the other notched specimen model, a very accurate load - displacement curve could be derived. The material constants of the HC fracture strain and DSSE fracture strain models were independently calibrated based on the numerical analyses for the smooth and notch specimen tests. The user subroutine (VUMAT of Abaqus) was developed to verify the accuracy of the combined HC-DSSE fracture strain model. An asymmetric notch specimen was used as verification model. It was confirmed that the fracture of the asymmetric specimen can be accurately predicted when a very small solid elements are used together with the HC fracture strain model. On the other hand, the combined HC-DSSE fracture strain model can predict accurately the fracture of shell element model while the shell element size effect becomes less sensitive.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2006.05a
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pp.318-321
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2006
In this strudy, the free-bulge test and FE analysis have been used to define the fracture criteria based on the cockroft and Latham's criterion in warm hydroforming of Al 6061 tube. Full annealing and T6 treatment for heat treatment of Al 6061 tube ware used in this study. As-extruded, full annealed and T6-treated Al 6061 seamless tubes were prepared. To evaluate the hydroformability, uni-axial tensile test and bulge test were performed between room temperature and $200^{\circ}C$. And measured flow stress was used to simulate the warm hydroforming. A commercial FEM code, DEFORM-$2D^{TM}$, was used to calculate the damage value. A forming limit based ductile fracture criteria has been proposed by the results of experimental and FE analysis. The calculated values for fracture criteria will be efficient to predict the forming limit in hydroforming for real complex shaped part.
It was reported that the toughness for welded region was influenced by various factors such as the gradient for prior austenite grain size, the variation of microhardness and the characteristic microstructure depending on distance from the fusion boundary. Therefore, in order to evaluate the fracture strength of the weldment in which the microstructures change continuously, it is important to assess the peculiar strength of each microstructure in welded region. It was known that the small punch(SP) test technique which was originally developed to study the irradiation damage effect for the structures of nuclear power plant was also useful to investigate the strength evaluating of nonhomogeneous materials. In this paper, by means of a small punch test technique the possibility of evaluating strength of parent and welded region in SS41 and SM53B steels was investigated. The obtained results are summerized as follows: 1) The small punch test which showed markedly the ductile-brittle transition behavior in this experiment may be applied to evaluation for the fracture strength of welded region. 2) It was shown that the ductile-brittle regime lied in Region III(plastic membrane stretching region) of the flow characteristics observed in SP test. 3) The SP test technique which shows a more precipitous energy change transition behavior than the other test technique is able to estimate the more precise transition temperature. 4) It could be seen that in comparision with the structure of parent the structure of weld HAZ in SS41 steel was improved while it in SM53B steel was deteriorated.
This paper treats the failure analysis of prestressing steel wires with different kinds of localised damage in the form of a surface defect (crack or notch) or as a mechanical action (transverse loads). From the microscopical point of view, the micromechanisms of fracture are shear dimples (associated with localised plasticity) in the case of the transverse loads and cleavage-like (related to a weakest-link fracture micromechanism) in the case of cracked wires. In the notched geometries the microscopic modes of fracture range from the ductile micro-void coalescence to the brittle cleavage, depending on the stress triaxiality in the vicinity of the notch tip. From the macroscopical point of view, fracture criteria are proposed as design criteria in damage tolerance analyses. The transverse load situation is solved by using an upper bound theorem of limit analysis in plasticity. The case of the cracked wire may be treated using fracture criteria in the framework of linear elastic fracture mechanics on the basis of a previous finite element computation of the stress intensity factor in the cracked cylinder. Notched geometries require the use of elastic-plastic fracture mechanics and numerical analysis of the stress-strain state at the failure situation. A fracture criterion is formulated on the basis of the critical value of the effective or equivalent stress in the Von Mises sense.
It is known that lap splices in the longitudinal reinforcement of reinforced concrete (RC) bridge columns are not desirable for seismic performance, but it is sometimes unavoidable. Lap splices were practically located in the potential plastic hinge region of most bridge columns that were constructed before the 1992 seismic design provisions of the Korea Bridge Design Specification. The objective of this research is to evaluate the seismic performance of reinforced concrete (RC) bridge piers with lap splicing of longitudinal reinforcement in the plastic hinge region, to develop an enhancement scheme for their seismic capacity by retrofitting with glassfiber sheets, and to assess a damage of bridge columns subjected to seismic loadings for the development of rational seismic design provisions in low or moderate seismicity region. Nine (9) test specimens with an aspect ratio of 4 were made with three confinement ratios and three types of lap splice. Quasi-static tests were conducted in a displacement-controlled way under three different axial loads. A significant reduction of displacement ductility was observed for test columns with lap splices of longitudinal reinforcements, whose displacement ductility could be greatly improved by externally wrapping with glassfiber sheets in the plastic hinge region. A damage of the limited ductile specimen was assessed to be relatively small.
To predict the deformation and fracture during tube expansion using the finite element (FE) method, a material model is considered that incorporates the damage evolution due to the deformation. In the current study, a Rice-Tracey model was used as the damage model with inclusion of the hydrostatic stress term. Since OFHC Cu is not significantly affected by strain rate, a Hollomon flow stress model was used. The material parameters in each model were obtained by using an optimization method. The objective function was defined as the difference between the experimental measurements and FE simulation results. The parameters were determined by minimizing the objective function. To verify the validity of the FE modeling, cross-verification was conducted through a tube expansion test. The simulation results show reasonable agreement with the experiments. The design for a minimum diameter of expansion tube using the FE modeling was verified by a simplified tube expansion test and simulation results.
Seismic design method based on bearing capacity has been widely adopted in building codes around the world, however, damage and collapse state of structure under strong earthquake can not be reflected accurately. This paper aims to present a deformation-based seismic design method based on the research of RC component deformation index limit, which combines with the feature of Chinese building codes. In the proposed method, building performance is divided into five levels and components are classified into three types according to their importance. Five specific design approaches, namely, "Elastic Design", "Unyielding Design", "Limit Design", "Minimum Section Design" and "Deformation Assessment", are defined and used in different scenarios to prove whether the seismic performance objectives are attained. For the components which exhibit ductile failure, deformation of components under strong earthquake are obtained quantitatively in order to identify the damage state of the components. For the components which present brittle shear failure, their performance is guaranteed by bearing capacity. As a case study, seismic design of an extremely irregular twin-tower high rise building was carried out according to the proposed method. The results evidenced that the damage and anti-collapse ability of structure were estimated and controlled by both deformation and bearing capacity.
In this research, an earthquake-resistant structural system consisting of a pin-connected steel frame and a bracing with metallic fuses is proposed. Contrary to the conventional braced frames, the main structural elements are deemed to remain elastic under earthquakes and the seismic energy is efficiently dissipated by the damper-braces with an amplification mechanism. The superiority of the proposed damping system lies in easy manufacture, high yield capacity and energy dissipation, and an effortless replacement of damaged fuses after earthquake events. Furthermore, the stiffness and the yield capacity are almost decoupled in the proposed damper-brace which makes it highly versatile for performance-based seismic design compared to most other dampers. A special attention is paid to derive the theoretical formulation for nonlinear behavior of the proposed damper-brace, which is verified using analytical results. Next, a direct displacement-based design procedure is provided for the proposed system and an example structure is designed and analyzed thoroughly to check its seismic performance. The results show that the proposed system designed with the provided procedure satisfies the given performance objective and can be used for developing highly efficient low-damage structures.
Tahir, Saeed I.;Tounsi, Abdelouahed;Chikh, Abdelbaki;Al-Osta, Mohammed A.;Al-Dulaijan, Salah U.;Al-Zahrani, Mesfer M.
Steel and Composite Structures
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v.42
no.4
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pp.501-511
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2022
Earthquake Resistant Design Philosophy seeks (a) no damage, (b) no significant structural damage, and (c) significant structural damage but no collapse of normal buildings, under minor, moderate and severe levels of earthquake shaking, respectively. A procedure is proposed for seismic design of low-rise reinforced concrete special moment frame buildings, which is consistent with this philosophy; buildings are designed to be ductile through appropriate sizing and reinforcement detailing, such that they resist severe level of earthquake shaking without collapse. Nonlinear analyses of study buildings are used to determine quantitatively (a) ranges of design parameters required to assure the required deformability in normal buildings to resist the severe level of earthquake shaking, (b) four specific limit states that represent the start of different structural damage states, and (c) levels of minor and moderate earthquake shakings stated in the philosophy along with an extreme level of earthquake shaking associated with the structural damage state of no collapse. The four limits of structural damage states and the three levels of earthquake shaking identified are shown to be consistent with the performance-based design guidelines available in literature. Finally, nonlinear analyses results are used to confirm the efficacy of the proposed procedure.
The majority of Turkey's geography is at risk of earthquakes. Within the borders of Turkey, including the two major active faults contain the North-Eastern and Eastern Anatolia, earthquake, threatening the safety of life and property. On January 24, 2020, an earthquake of magnitude 6.8 occurred at 8:55 p.m. local time. According to the data obtained from the stations in the region, peak ground acceleration in the east-west direction was measured as 0.292 g from the 2308 coded station in Sivrice. It is thought that the earthquake with a magnitude of Mw 6.8 was developed on the Sivrice-Puturge segment of the Eastern Anatolian Fault, which is a left lateral strike slip fault, and the tear developed in an area of 50-55 km. Aftershocks ranging from 0.8 to 5.1 Mw occurred following the main shock on the Eastern Anatolian Fault. The earthquake caused severe structural damages in Elazığ and neighboring provinces. As a result of the field investigations carried out in this study, significant damage levels were observed in the buildings since it did not meet the criteria in the earthquake codes. Within the study's scope, the structural damage cases in reinforced concrete and masonry structures were investigated. Many structural deficiencies and mistakes such as non-ductile details, poor concrete quality, short columns, strong beams-weak columns mechanism, large and heavy overhangs, masonry building damages and inadequate reinforcement arrangements were observed. Requirements of seismic codes are discussed and compared with observed earthquake damage.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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