This paper deals with numerical modeling of dynamic failure phenomena in rate-sensitive brittle and/or ductile materials. To this end, a two-dimensional continuum viscodamage-embedded discontinuity model, which is based on our previous work (see Do et al. 2017), is developed. More specifically, the pre-peak nonlinear and rate-sensitive hardening response of the material behavior, representing the fracture-process zone creation, is described by a rate-dependent continuum damage model. Meanwhile, an embedded displacement discontinuity model is used to formulate the post-peak response, involving the macro-crack creation accompanied by exponential softening. The numerical implementation in the context of the finite element method exploiting the second-order mid-point scheme is discussed in detail. In order to show the performance of the model several numerical examples are included.
The purpose of this study is to evaluate the degree of microstructural change of materials using ultrasonic nonlinear parameters. For microstructure change, isothermal heat-treated ferritic 2.25Cr steel and low-cycle fatigue-damage copper alloy were prepared. The variation in ultrasonic nonlinearity was analyzed and evaluated through changes in hardness, ductile-brittle transition temperature, electron microscopy, and X-ray diffraction tests. Ultrasonic nonlinearity of 2.25Cr steel increased rapidly during the first 1,000 hours of deterioration and then gradually increased thereafter. The variation in non-linear parameters was shown to be coarsening of carbides and an increase in the volume fraction of stable M6C carbides during heat treatment. Due to the low-cycle fatigue deformation of oxygen-free copper, the dislocation that causes lattice deformation developed in the material, distorting the propagating ultrasonic waves, and causing an increase in the ultrasonic nonlinear parameters.
Ha, Gee-Joo;Sin, Jong-Hak;Yi, Dong-Ryul;Hong, Kun-Ho
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.11a
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pp.5-8
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2008
In this dissertation, experimental research was carried out to study the hysteretic behavior of reinforced high-strength concrete beam-column joints designed by high performance techniques, such as application of high-strength concrete, reducing of joint regions damage, moving of beam plastic hinge, advanced reinforcing detailings and High Ductile Fiber-Reinforced Mortar.(HDFRM) Specimens(HJCI), designed by the development of earthquake-resistant performance, moving of beam plastic hinge, and new design approach, were attained the moving of beam plastic hinge and developed significantly earthquake-resistant performance of such joints. Specimens(HJRP), designed with HDFRM, were indicated more stable hysteresis behavior, high load carrying capacity, and distributed crack pattern of specimens HJRP when compared to the control specimen.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.31
no.9
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pp.26-31
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2003
Aging aircraft accumulates widespread fatigue damage commonly referred to as multiple site damage(MSO). For ductile material such as 2024-T3 aluminum, MSO may lower the service life below that which is predicted by conventional fracture mechanics. The present paper is concerned with the fatigue life extension by pre-indentation technique for thin 2024-T3 aluminum plate to decelerate the crack propagation rate in the panels with MSO. The panel with fastener holes can be simply modelled by Hole/Slot type Middle-Tension specimen. Results of fatigue testing show significantly improving failure cycles from 10 to 40 times. This retardation effect is decreased by increasing the loading level in the constant amplitude loading. In the sense of retardation mechanism, the crack propagation rate is gradually attenuated by entering the indentation mark and maintains at the lowest value for a long period after the edge of crack passes the center of indentation area.
Joung-Man Park;Dae-Sik Kim;Jin-Woo Kong;Minyoung Kim;Wonho Kim
Composites Research
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v.16
no.2
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pp.62-67
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2003
Interfacial properties and damage sensing for the carbon fiber/epoxy-amine terminated (AT)-polyetherimide (PEI) composite were performed using microdroplet test and electrical resistance measurements. As AT-PEI content increased, the fracture toughness of epoxy-AT-PEI matrix increased, and interfacial shear strength (IFSS) increased due to the improved fracture toughness by energy absorption mechanisms of AT-PEI phase. The microdroplet in the carbon fiber/neat epoxy composite showed brittle microfailure mode. At 15 phr AT-PEI content ductile microfailure mode appeared because of improved fracture toughness. After curing, the change in electrical resistance $\Delta\textrm{R}$) with increasing AT-PEI content increased gradually because of thermal shrinkage. Under cyclic stress, in the neat epoxy case the reaching time until same stress was faster and their slope was higher than those of 15 phr AT-PEI. The result obtained from electrical resistance measurements under curing process and reversible stress/strain was correspondence well with matrix toughness properties.
Accidental events such as collisions, groundings, and hydrocarbon explosions in marine structures can cause catastrophic damage. Thus, it is extremely important to predict the extent of such damage, which determines the total amount of oil spills and the residual hull girder strength. Punching fracture tests were conducted by Choung (2009b), where various sizes of indenters and circular unstiffened steel plates with different thicknesses were used to quasi-statically realize damage extents. A three-dimensional fracture strain surface was developed based on a reference (Choung et al., 2015b), where the average stress triaxiality and average normalized Lode angle were used as the parameters governing the fracture of ductile steels. In this study, new numerical analyses were performed using very fine axisymmetric elements in combination with an Abaqus user-subroutine to implement the three-dimensional fracture strain surface. Conventional numerical analyses were also conducted for the tests to identify the best fit fracture strain values by changing the fracture strains. Based on the phenomenon of the average normalized Lode angle starting out positive and then becoming slightly negative, it was inferred that the shear stress primarily dominates in determining the fractures locations, with a partial contribution from the compressive stress. It should be stated that the three-dimensional fracture surface effectively predicted at least the shear stress-dominant fracture behavior of a mild steel.
Reinforced concrete (RC) moment frames are used as lateral seismic load resisting systems in mid- and high-rise buildings in different regions of the world. Based on the seismic design provisions and construction details presented in design codes, RC frames with different levels of ductility (ordinary, intermediate, and special) can be designed and constructed. In Iran, there are RC buildings with various uses which have been constructed based on different editions of design codes. The seismic performance of RC structures (particularly moment frames) in real seismic events is of great importance. In this paper, the observations made on damaged RC moment frames after the destructive Sarpol-e Zahab earthquake with a moment magnitude of 7.3 are reported. Different levels of damage from the development of cracks in the structural and non-structural elements to the total collapse of buildings were observed. Furthermore, undesirable failure modes which are not expected in ductile seismic-resistant buildings were frequently observed in the damaged buildings. The RC moment frames built based on the previous editions of the design codes showed partial or total collapse in this seismic event. The extensive destruction of RC moment frames compared with the other structural systems (such as braced steel frames and confined masonry buildings) was attributed not only to the deficiencies in the construction practice of these buildings but also to the design procedure. In addition, the failure and collapse of masonry infills in RC moment frames were frequent modes of failure in this seismic event. In this paper, the main reasons related to design practice which led to extensive damage in the RC moment frames and their collapse are addressed.
Bazzaz, Mohammad;Andalib, Zahra;Kheyroddin, Ali;Kafi, Mohammad Ali
Steel and Composite Structures
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v.19
no.4
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pp.917-937
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2015
During a seismic event, a considerable amount of energy is input into a structure. The law of energy conservation imposes the restriction that energy must either be absorbed or dissipated by the structure. Recent earthquakes have shown that the use of concentric bracing system with their low ductility and low energy dissipation capacity, causes permanent damage to structures during intense earthquakes. Hence, engineers are looking at bracing system with higher ductility, such as chevron and eccentric braces. However, braced frame would not be easily repaired if serious damage has occured during a strong earthquake. In order to solve this problem, a new bracing system an off-centre bracing system with higher ductility and higher energy dissipation capacity, is considered. In this paper, some numerical studies have been performed using ANSYS software on a frame with off-centre bracing system with optimum eccentricity and circular element created, called OBS_C_O model. In addition, other steel frame with diagonal bracing system and the same circular element is created, called DBS_C model. Furthermore, linear and nonlinear behavior of these steel frames are compared in order to introduce a new way of optimum performance for these dissipating elements. The obtained results revealed that using a ductile element or circular dissipater for increasing the ductility of off-centre bracing system and centric bracing system is useful. Finally, higher ductility and more energy dissipation led to more appropriate behavior in the OBS_C_O model compared to DBS_C model.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.29
no.5
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pp.437-445
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2016
Recently, polyurethane foam has been used in various industry fields to preserve temperature environment of structures, and a wide range of loads from the static to the dynamic are imposed on the material during a life period. The biggest characteristic of polyurethane foam is porosity as being polymeric material, and it is generally known that insulation performance of the material strongly depends on internal void size. In addition, polyurethane foam's mechanical behavior has high dependence on strain rate and temperature as well as being highly non-linear ductile for compression. In the non-linear compressive behavior, volume fraction of voids and elastic modulus decrease as strain increases. Therefore, in this study, temperature-dependent viscoplastic-damage constitutive model was developed to describe the non-linear compressive behavior with the aforementioned features of polyurethane foam.
Kim, Nak Hyun;Kim, Yun Jae;Yoon, Kee Bong;Ma, Young Hwa
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.6
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pp.753-760
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2013
The hydrogen embrittlement of metallic materials is an important issue from the viewpoint of structural integrity. In this regard, the estimation of mechanical properties and fracture toughness under hydrogen conditions provides very important data. This study provides an experimental validation of the approach for simulating the small punch of Inconel 617 using finite element damage analysis, as recently proposed by the authors, and applies an inverse method for the determination of the constitutive tensile behavior of materials. The mechanical properties obtained from the inverse method are compared with those obtained from the tensile test and validated. The mechanical properties and fracture toughness are predicted by using the inverse method and finite element damage analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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