Damage evolution in the form of void nucleation, propagation and coalescence is the primary cause that is responsible for the ductile failure of microalloyed steels. The Gurson-Tvergaard-Needleman (GTN) damage model has proven to be extremely robust for characterizing the microscopic damage behavior of ductile metals. Nonetheless, successful applications of the model on a given metal type are limited by the correct identification of damage parameters as well as the validation of the calculated void growth rate. The purpose of this study is two-fold. First, we aim to identify the damage parameters of the GTN model for Q345 steel (Chinese code), due to its extensive application in mechanical and civil industries in China. The identification of damage parameters is facilitated by the well-suited response surface methodology, followed by a complete analysis of variance for evaluating the statistical significance of the identified model. Second, taking notched Q345 cylinders as an example, finite element simulations implemented with the identified GTN model are performed in order to analyze their microscopic damage behavior. In particular, the void growth rate predicted from the simulations is successfully correlated with experimentally measured acoustic emissions. The quantitative correlation suggests that during the yielding stage the void growth rate increases linearly with the acoustic emissions, while in the strain-hardening and softening period the dependence becomes an exponential function. The combined experimental and finite element approach provides a means for validating simulated void growth rate against experimental measurements of acoustic emissions in microalloyed steels.
Kim, Youngsuk;Sungyeun Won;Kim, Dogsoo;Hyunsung Son
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.15
no.10
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pp.1349-1355
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2001
As most fractures of ductile materials in metal forming processes occurred due to the results of evolution of internal damage - void nucleation, growth and coalescence. In this paper, an approximate yield criterion for voided (porous) anisotropic ductile materials is developed. The proposed approximate yield function is based on Gurson's yield function in conjunction with the Hosford's non-quadratic anisotropic yield criterion in order to consider the characteristic of anisotropic properties of matrix material. The associated flow rules are presented and the laws governing void growth with strain are derided. Using the proposed model void growth of an anisotropic sheet under biaxial tensile loading and its effect on sheet metal formability are investigated. The yield surface of voided anisotropic sheet and void growth with strain are predicted and compared with the experimental results.
The aim of this study is to investigate the ductile fracture behavior under mixed mode (I/II) loading using SA533B pressure vessel steel. Anti-symmetric 4-point (AS4P) bending tests were performed to obtain the J-R curves under two different mixed mode (I/II) loadings. In addition, finite element analysis using Rousselier Ductile Damage Theory was carried out to predict the J-R curves under mixed mode (I/II) loadings. In conclusions, the J-R curves under. Mixed Mode (I/II) loading were located between those of Mode I and Mode II loading. When the mixity of mixed mode (I/II) loading was high, the J-R curve of mixed mode (I/II) loading approached that of pure mode I loading after some amount of crack propagation. In contrast with the above fact, if the mixity was low, the J-R curve took after that of pure mode II loading. Finally, it was found that the predicted J-R curves made a good agreement with the test data through the tuning procedures of $\beta$ values at the different mixed mode (I/II) loading.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.2
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pp.289-295
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2001
The aim of this study is to investigate the ductile fracture behaviour under pure Mode II loading using A533B pressure vessel steel. Single punch shear(SPS) test was performed to obtain the J-R curve under pure Mode II loading which was compared with that of the Model I loading. Simulation using Rousellier Ductile Damage Theory(RDDT) was carried out with 4-node quadrilateral element(L(sub)c=0.25mm). For the crack advance, the failed element removal technique was adopted with a $\beta$ criterion. Through the $\beta$ value tuning-up procedures, $\beta$(sub)crit(sup)II was determined as 1.5 in contrast with $\beta$(sub)crit(sup)I=5.5. In conclusion, it was found that the J-R curve under Mode II loading was located at lower part than that under Mode I loading obtained from the previous study and that the $\beta$ values strongly depended on the loading type. In addition, the predicted result using RDDT showed a good agreement with the SPS experimental one under pure Mode II loading.
The earthquake loss assessment framework of ductile reinforced concrete (or RC) frame using component-performance -based methodology was studied in this paper. The elasto-plastic rotation angle was used as the damage indicator of structural component, and the damage-to-loss model was proposed on the basis of the deformation indicator of structural component. Dynamic instability during incremental dynamic analysis was taken as collapse criterion, and column failure was taken as criterion that structure has to be demolished. Expected earthquake losses of low-rise, mid-rise and high-rise RC frames were discussed. The expected earthquake loss encompassed collapse loss, demolition loss and repair loss. Furthermore, component groups of RC frame were divided into structural components, nonstructural components and rugged components. The results indicate that ductile RC frame is more likely to be demolished than collapse, especially in low-rise and mid-rise RC frames. Furthermore, the less collapse margin ratio the structure has, the more demolition probability the structure will suffer under rare earthquake. The demolition share of total earthquake loss might be more prominent than repair share and collapse share in ductile RC frame.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.3
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pp.245-252
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2012
This paper proposes a simple numerical method, based on the stress-modified fracture strain-damage model with the stress-reduction technique, for predicting the failure behaviors of ductile plates with multiple through-wall cracks. This technique is implemented using the user-defined subroutines provided in ABAQUS. For validation, the results simulated using the proposed method are compared with published experimental data of Japanese researchers.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.23
no.1
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pp.43-54
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2019
Existing reinforced concrete frame buildings designed for only gravity loads have been seismically vulnerable due to their inadequate column detailing. The seismic vulnerabilities can be mitigated by the application of a column retrofit technique, which combines high-strength near surface mounted bars with a fiber reinforced polymer wrapping system. This study presents the full-scale shaker testing of a non-ductile frame structure retrofitted using the combined retrofit system. The full-scale dynamic testing was performed to measure realistic dynamic responses and to investigate the effectiveness of the retrofit system through the comparison of the measured responses between as-built and retrofitted test frames. Experimental results demonstrated that the retrofit system reduced the dynamic responses without any significant damage on the columns because it improved flexural, shear and lap-splice resisting capacities. In addition, the retrofit system contributed to changing a damage mechanism from a soft-story mechanism (column-sidesway mechanism) to a mixed-damage mechanism, which was commonly found in reinforced concrete buildings with strong-column weak-beam system.
In the present study, an innovative steel bracket and haunch hybrid scheme is devised, for retrofitting of earthquake damaged deficient beam-column sub-assemblages. Formulations are presented for evaluating haunch force factor under combined load case of lateral and gravity loads for the design of double haunch retrofit. The strength hierarchies of control and retrofitted beam-column sub-assemblages are established to showcase the efficacy of the retrofit in reversing the undesirable strength hierarchy. Further, the efficacy of the proposed retrofit scheme is demonstrated through experimental investigations carried out on gravity load designed (GLD), non-ductile and ductile detailed beam-column sub-assemblages which were damaged under reverse cyclic loading. The maximum load carried by repaired and retrofitted GLD specimen in positive and negative cycle is 12% and 28% respectively higher than that of the control GLD specimen. Further, the retrofitted GLD specimen sustained load up to drift ratio of 5.88% compared with 2.94% drift sustained by control GLD specimen. Repaired and retrofitted non-ductile specimen, could attain the displacement ductility of three during positive cycle of loading and showed improved ductility well above the expected displacement ductility of three during negative cycle. The hybrid haunch retrofit restored the load carrying capacity of damaged ductile specimen to the original level of control specimen and improved the ductility closer to the expected displacement ductility of five. The total cumulative energy dissipated by repaired and retrofitted GLD, non-ductile and ductile specimens are respectively 6.5 times, 2.31 times, 1.21 times that of the corresponding undamaged control specimens. Further, the damage indices of the repaired and retrofitted specimens are found to be lower than that of the corresponding control specimens. The novel and innovative steel bracket and haunch hybrid retrofit scheme proposed in the present study demonstrated its effectiveness by attaining the required displacement ductility and load carrying capacity and would be an excellent candidate for post-earthquake retrofit of damaged existing RC structures designed according to different design evolutions.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.21
no.1
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pp.85-89
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2012
Conventional grinding of BK7 glass will normally result in brittle fracture at the surface, generating severe sub-surface damage and poor surface finish. The precision grinding of BK7 glass in parallel grinding modes has been investigated. Grinding process, maximum chip thickness, ductile/brittle regime, surface roughness and sub-surface damage have been addressed. Special attention has been given to the condition for generating a ductile mode response on the ground surface. Experiments reveal that the level of surface roughness and depth of sub-surface damage vary differently for different condition. This study gives an indication of the strategy to follow to achieve high quality ground surfaces on brittle materials.
Hidayat, Banu A.;Hu, Hsuan-Teh;Hsiao, Fu-Pei;Han, Ay Lie;Sosa, Lisha;Chan, Li-Yin;Haryanto, Yanuar
Computers and Concrete
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v.27
no.5
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pp.457-472
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2021
Reinforced concrete (RC) buildings in Taiwan have suffered failure from strong earthquakes, which was magnified by the non-ductile detailing frames. Inadequate reinforcement as a consequence of the design philosophy prior to the introduction of current standards resulted in severe damage in the column and beam-column joint (BCJ). This study establishes a finite element analysis (FEA) of the non-ductile detailing RC column, BCJ, and three-story building that was previously tested through a tri-axial shaking table test. The results were then validated to laboratory specimens having the exact same dimensions and properties. FEA simulation integrates the concrete damage plasticity model and the elastic-perfectly plastic model for steel. The load-displacement responses of the column and BCJ specimens obtained from FEA were in a reasonable agreement with the experimental curves. The resulting initial stiffness and maximum base shear were found to be a close approximation to the experimental results. Also, the findings of a dynamic analysis of the three-story building showed that the time-history data of acceleration and displacement correlated well with the shaking table test results. This indicates the FEA implementation can be effectively used to predict the RC frame performance and failure mode under seismic loads.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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