This is the fifth in a series of companion papers dealing with the dynamic hardening properties of various marine structural steels at intermediate strain rates. Five steps of strain rate levels (0.001, 1, 10, 100, 200/s) and three steps of temperature levels (LT ($-40^{\circ}C$), RT, and HT ($200^{\circ}C$)) were taken into account for the dynamic tensile tests of three types of marine structural steels: API 2W50 and Classifications EH36 and DH36. The total number of specimens was 180 pieces. It was seen that the effects of dynamic hardening became clearer at LT than at RT. Dynamic strain aging accompanying serrated flow stress curves was also observed from high temperature tests for all kinds of steels. The dynamic hardening factors (DHFs) at the two temperature levels of LT and RT were derived at the three plastic strain levels of 0.05, 0.10, 0.15 from dynamic tensile tests. Meanwhile, no DHFs were found for the high temperature tests because a slight negative strain rate dependency due to dynamic strain aging had occurred. A new formulation to determine material constant D in a Cowper-Symonds constitutive equation is provided as a function of the plastic strain rate, as well as the plastic strain level. The proposed formula is verified by comparing with test flow stress curves, not only at intermediate strain rate ranges but also at high strain rate ranges.
Isothermal cyclic stress-strain deformation and thermomechanical deformation (TMD) of 429EM stainless steel were analyzed using a rheological model employing a bi-linear model. The proposed model was composed of three parameters: elastic modulus, yield stress and tangent modulus. Monotonic stress-strain curves at various temperatures were used to construct the model. The yield stress in the model was nearly same as 0.2% offset yield stress. Hardening relation factor, m, was proposed to relate cyclic hardening to kinematic hardening. Isothermal cyclic stress-strain deformation could be described well by the proposed model. The model was extended to describe TMD. The results revealed that the hi-linear thermomechanical model overestimates the experimental data under both in-phase and out-of-phase conditions in the temperature range of $350-500^{\circ}C$ and it was due to the enhanced dynamic recovery effect.
Sk. Tahmid Muhatashin Fuyad;Md Abdullah Al Bari;Md. Makfidunnabi;H.M. Zulqar Nain;Mehmet Emin Ozdemir;Murat Yaylaci
Structural Engineering and Mechanics
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제89권1호
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pp.23-31
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2024
Ratcheting is the cyclic buildup of inelastic strain on a structure resulting from a combination of primary and secondary cyclic stress. It can lead to excessive plastic deformation, incremental collapse, or fatigue. Ratcheting has been numerically investigated on a cantilever beam, considering the current study's primary and secondary bending loads. In addition, the effect of input frequency on the onset of ratcheting has been investigated. The non-linear dynamic elastic-plastic approach has been utilized. Analogous to Yamashita's bending-bending ratchet diagram, a non-dimensional ratchet diagram with a frequency effect is proposed. The result presents that the secondary stress values fall sequentially with the increase of primary stress values. Moreover, a displacement amplification factor graph is also established to explain the effect of frequency on ratchet occurrence conditions. In terms of frequency effect, it has been observed that the lower frequency (0.25 times the natural frequency) was more detrimental for ratchet occurrence conditions than the higher frequency (2 times the natural frequency) due to the effect of dynamic displacement. Finally, the effect of material modeling of ratcheting behavior on a beam is shown using different hardening coefficients of kinematic hardening material modeling.
Ahmed, Ridha A.;Al-Maliki, Ammar F.H.;Faleh, Nadhim M.
Advances in nano research
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제8권2호
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pp.157-167
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2020
This paper studies forced vibrational behavior of porous nanocrystalline silicon nanoshells under radial dynamic loads using strain gradient theory (SGT). This type of material contains many pores inside it and also there are nano-size grains which define the material character. The formulation for nanocrystalline nanoshell is provided by first order shell theory and a numerical approach is used in order to solve nanoshell equations. SGT gives a scale factor related to stiffness hardening provided by nano-grains. For more accurate description of size effects due to nano-grains or nano-pore, their surface energy influences have been introduced. Surface energy of inclusion exhibit extraordinary influence on dynamic response of the nanoshell. Also, dynamic response of the nanoshell is affected by the scale of nano-grain and nano-pore.
Finite element simulations were conducted to investigate the influence of grain growth in the superplastic blow forming process. A microstructure-based constitutive model considering grain growth effects is proposed and used in the simulations. Also, a grain growth rate equation accounting for both static and dynamic grain growth is implemented. The simulations were made using a 2D plane-strain model for constrained blow forming and an axisymmetric model for free bulging. These two models showed different features during the forming stages. However, the forming pressure-time curve and the thickness distribution obtained by both simulations explained well the deformation hardening induced by the grain growth during superplastic forming. This study shows that grain growth is an important factor in determining the material behavior during superplastic deformation.
Previous research has been conducted on an ultrasonic wave reflection method that utilizes a steel plate embedded in the concrete to measure the reflection loss of shear waves at the steel-concrete interface. The reflection loss has been shown to have a linear relationship to compressive strength at early ages. The presented investigations continue this research by examining the fundamental relationship between the reflection loss, measured with shear waves, and the hydration kinetics of Portland cement mortar, represented by dynamic elastic moduli, compressive strength and degree of hydration. Dynamic elastic moduli are measured by fundamental resonant frequency and degree of hydration is determined by thermogravimetric analysis. The water/cement ratio was varied for the tested mixture compositions. The results presented herein show that compressive strength, dynamic shear modulus and degree of hydration have a linear relationship to the reflection loss for the tested mortars at early ages.
구조물에 충격하중이 작용하면, 그 구조물은 통상적으로 대변형을 동반하는 소성변형과 최종적으로 그에 따른 파단을 경험하게 된다. 본 연구에서는 사고적 극한 상태에 대한 합리적인 설계를 위해 열성형된 판과 냉간성형된 판의 재료상수를 고속인장시험에 대한 수치시현을 통해 정의하였다. 변형율이 중간 속도 이하인 경우에는 변형율 속도의 영향을 무시할 수 있다는 가정과 함께 Cower-Symond 모델과 John-Cook 모델에 포함되는 재료상수들의 유용성을 참고문헌들의 결과와 비교하여 입증하였다. 본 논문은 향후 연구 내용에 대한 언급을 포함하면서 마무리하였다.
강도한계 이선형 단자유도 시스템의 지진 하중 하에서의 동적 불안정에 대해 연구하였다. 강도한계 이선형 이력 모델은 철골 모멘트 골조의 이력거동을 가장 잘 모사한다. 단자유도 시스템의 동적 불안정을 판단하기 위해 붕괴 강도비를 사용하였고, 이것은 붕괴가 일어날 때의 항복강도 저감계수이다. 단단한 지반에서 측정된 240개의 지진을 이용하고 고유주기, 강성 경화 기울기, 음강성 기울기, 연성 그리고 $2{\sim}20%$의 감쇠비를 변수로 하여 강도한계 이선형 단자유도 시스템의 붕괴 강도비의 평균과 편차 값들을 구할 수 있도록 통계 분석을 하였다. 비선형 회귀분석을 통해 강도한계 이선형 단자유도 시스템의 붕괴 강도비의 평균과 표준편차를 계산할 수 있는 식을 구하였다. 제안한 식을 이용하여 붕괴 강도비의 확률적 분포를 구하였고, 실제 값과 비교하여 제안한 식의 정확성을 입증하였다.
The effective case depth for case-hardened rolling bearing has been discussed. For this purpose, rolling contact fatigue tests for ball bearings built with inner race of various hardness values were conducted until L10 calculating rating life using a bearing life test machine under radial loading. Then, the distribution of residual stress below the inner raceway, which depended on the hardness value, was measured by X-ray diffraction. As a result, the linear relationship was established between the hardness value of the inner race and the theoretical shear stress evaluated at the depth where the residual stress disappeared below the inner raceway. Based on the relationship, it could be found that the factor of safety in bearing manufacturer’s rules for the effective case depth of case hardened rolling bearings was set higher. However, it could be also found that the hardness values at the depth where the maximum shearing stress acted below the raceway surface in a tapered roller bearing hardened by the carburizing process, were not sufficient for preventing plastic deformation under the basic dynamic load rating. Consequently, further efforts were still required to reduce or to disperse the contact load on the material design of a rolling bearing in order to prolong its life.
쐐기형 선량분포는 임상에 많이 응용하고 있으며 고정쐐기여과판은 선질의 강화와 조사면 주위 의 산란선 증가, 등선량 각도의 불일치, 여과판의 장착 및 취급이 부정확하고 어려우며 입체조형 방사선 치료시 많은 조사면을 입체방향으로 중첩시킴으로서 발생되는 선량의 불균질을 방지하고 동적입체방사선조형치료(dynamic 3D conformal radiotherapy) 및 선량강도조절치료(intensity modulation radiotherapy)를 가능케 하는 동적쐐기여과판을 고안 제작한다. 동적쐐기여과판은 콜리메이터를 움직이면서 선량율을 변화시켜서 최적한 쐐기각의 등량곡선을 얻을 수 있도록 미분치료표(segmented treatment tables: STT) 유도하며 표준형의 STT를 컴퓨터에 입력시킨다. STT에 의하여 생성되는 동적쐐기여과판의 특성과 조직내 선량분포를 쐐기각, 조사변의 크기, 조사선량율둥 여러 조건하에서 측정 분석함으로서 방사선 감수성이 높은 장기 내의 종양과 저항성 이 강한 악성종양치료에 도움을 주며 전반적인 방사선치료 성과를 향상시키고자 한다. 연세암센터에서 가동되는 선형가속기 (Varian Clinac-2100C/D)를 이용하여 6MV 와 10MV 광자선과 쐐기각이 15$^{\circ}$, 30$^{\circ}$, 45$^{\circ}$, 60$^{\circ}$이고 정사각형 조사면의 한변이 4cm 부터 20cm 범위를 0.5cm 간격으로 콜리메이터를 움직이면서 선량 변동량을 표시하는 미분치료표 (STT)를 작성하였다. 쐐기투과선량인자 (wedge transmission factor) 는 표준 물팬텀내에 표준전리함을 장치하고 열린조사면과 미분치료표에 의한 쐐기조사면의 선량비료서 결정하였다. 쐐기여과판에 의한 조직내선량분포와 등량곡선 및 프로파일은 필름으로 측정하고 영상선량측정기로 작성하였다. 수식으로 유도한 미분치료표(segmented treatment tables: STT) 은 쐐기여과판의 쐐기각과 일치하였으며 쐐기투과선량인자는 쐬기각이 클수록 감소하였으며 조사변이 클수록 적어졌고 조사면 크기와의 관계는 비선형적이었다. 동적쐐기여과판에 의한 등량곡선의 쐐기 기울기는 고형여과판보다 더욱 일치된 경사각을 유지하였다. 심부선량백율은 열린조사면에 의한 것과 거의 비슷하였으며 고형쐐기여과판의 심부율보다 약간 줄어들었다. 동적쐐기여과판은 고형쐐기여과판보다 사용상, 선량측정 및 선량분포에 서 장점이 많으며 피부와 여과판사이의 길이가 길어서 침대에 부딪치는 일이 없고 피부의 산란선 오염이 감소되어 치료효과를 상승시킬 수 있다. 동적쐐기조사방법을 개발함으로서 지금까지 방사선 후유증과 종양의 불균일한 선량배열로 치료의 어려움이 있었던 분야를 개척할 수 있으며 동적입체 방사선조형치료 (dynamic 3D conformal radiotherapy) 및 선량강도조정치료 (intensity modulation radiotherapy)를 가능하게 함으로서 방사선치료성과를 향상시킬 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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