Journal of the Korean Data and Information Science Society
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제19권2호
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pp.463-473
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2008
In this study, we measure damage depth and calculate effective impact speed in case of rear-end collision using real car insurance data. We study the relationship between demage depth and effective impact speed, and present statistical model for these two variables. In our real data study, 3-degree polynomial equation model is better fit to effective impact speed and demage depth than the simple linear model that are estimated in previous other studies. Damage depth is a major factor to see the extent of impact in a car collision, and by using this equation, it is possible to evaluate the severity of driver's injury.
The effective management of damage in tunnels is crucial for ensuring their safety, longevity, and operational efficiency. In this paper, we propose an educational management model tailored specifically for addressing damage in tunnels, utilizing numerical solution techniques. By leveraging advanced computational methods, we aim to develop a comprehensive understanding of the factors contributing to tunnel damage and to establish proactive measures for mitigation and repair. The proposed model integrates principles of tunnel engineering, structural mechanics, and numerical analysis to facilitate a systematic approach to damage assessment, diagnosis, and management. Through the application of numerical solution techniques, such as finite element analysis, we demonstrate the efficacy of the proposed model in simulating various damage scenarios and predicting their impact on tunnel performance. Additionally, the educational component of the model provides valuable insights and training opportunities for tunnel management personnel, empowering them to make informed decisions and implement effective strategies for ensuring the structural integrity and safety of tunnel infrastructure. Overall, the proposed educational management model represents a significant advancement in tunnel management practices, offering a proactive and knowledge-driven approach to addressing damage and enhancing the resilience of tunnel systems.
콘크리트는 타설시부터 수많은 미세균열을 가지고 있으며, 이러한 미세균열등이 성장하고 전파되어 결국에는 콘크리트가 파괴된다. 이러한 일련의 과정을 손상이라 한다. 손상은 주로 2차 텐서로 표현되며 균열은 연속체적 현상으로 취급된다. 본 논문에서는 손상의 특성을 유효응력개념과 함께 등가탄성에너지법을 이용하여 나타내었으며, Helmholtz 자유에너지와 소산 포텐셜을 이용하여 손상모델의 손상전개와 구성방정식을 유도하였다. 구성방정식은 콘크리트의 탄성, 이방성 손상과 소성의 영향을 포함하도록 하였다. 두 가지 형태의 유효접선강성텐를 사용하였는데, 하나는 탄성-손상의 영향에 의한 것이며 다른 하나는 소성-손상의 영향에 의한 것이다. 모델을 검증하기 위하여 일축과 이축의 하중을 받는 콘크리트 요소에 대하여 유한요소해석을 하였으며 그 결과를 실험결과와 비교하였다.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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제2권2호
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pp.123-136
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2008
A new plastic-damage constitutive model applicable to lightweight concrete (LWC) and normal weight concrete (NWC) is proposed in this paper based on both continuum damage mechanics and plasticity theories. Two damage variables are used to represent tensile and compressive damage independently. The effective stress is computed in the Drucker-Prager multi-surface plasticity framework. The stress is then computed by multiplication of the damaged part and the effective part. The proposed model is coded as a user material subroutine and incorporated in a finite element analysis software. The constitutive integration algorithm is implemented by adopting the operator split involving elastic predictor, plastic corrector and damage corrector. The numerical study shows that the algorithm is efficient and robust in the finite element analysis. Experimental investigation is conducted to verify the proposed model involving both static and dynamic tests. The very good agreement between the numerical results and experimental results demonstrates the capability of the proposed model to capture the behaviors of LWC and NWC structures for static and impact loading.
The damage level in structures (global scale), elements (intermediate scale) and sections (local scale) can be evaluated using a single parameter called the "Damage Index". Part of the damage attributed to the local scale relates to the damage sustained by the materials of which the section is made. This study investigates the damage of concrete subjected to monotonic compressive loading using four different damage models - one proposed here for the first time and three other well-known models. The analytical results show that the proposed model is promising yet simple and effective for evaluating the damage of concrete. The proposed damage model of concrete with its promising characteristics indicated, appears to be a useful tool in the damage assessment of structures made of concrete.
Damage estimation methods are classified into two groups according to the dependence on the FE model : signal-based and model-based methods. Signal-based damage estimation methods are generally appropriate for detection of damage location, whereas not effective for estimation of damage severities. Model-based damage estimation methods are difficult to apply directly to the structures with a large number of the probable damaged members. It is difficult to obtain the exact model representing the real bridge behavior due to the modeling errors. The modeling errors even may exceed the modal sensitivity on damage. In this study, Model-based damage detection method which can effectively consider the modeling errors is suggested. Two numerical example analyses on a simple beam and a multi-girder bridge are presented to demonstrate the effectiveness of the presented method.
This paper describes the results of experiments and numerical simulation studies on the impact and indentation damage created by low-velocity impact subjected onto honeycomb sandwich panels for application to the BIMODAL tram. The test panels were subjected to low-velocity impact loading using an instrumented testing machine at six energy levels. Contact force histories as a function of time were evaluated and compared. The extent of the damage and depth of the permanent indentation was measured quantitatively using a 3-dimensional scanner. An explicit finite element analysis based on LS-DYNA3D was focused on the introduction of a material damage model and numerical simulation of low-velocity impact responses on honeycomb sandwich panels. Extensive material testing was conducted to determine the input parameters for the metallic and composite face-sheet materials and the effective equivalent damage model for the orthotropic honeycomb core material. Good agreement was obtained between numerical and experimental results; in particular, the numerical simulation was able to predict impact damage area and the depth of indentation of honeycomb sandwich composite panels created by the impact loading.
Deformation characteristics and damage evolution during warm backward extrusion of bulk AZ31 Mg alloy were investigated using finite element analyses. AZ31 Mg alloy was assumed as a hardening viscoplastic material. The tensile tests of AZ31 Mg alloy in previous experimental works showed the ductile fracture even at the warm temperature of $175^{\circ}C$. In this study, damage evolution model proposed by Lee and Dawson, which was developed based on the growth of micro voids in hardening viscoplastic materials, was combined into DEFORM 2D. Effects of forming temperature, punch speed, extrusion ratio and size of work piece on formability in warm backward extrusion as well as on mechanical properties of extruded products were examined. In general, finite element predictions matched the experimental observations and supported the analyses based on experiments. Distributions of accumulated damage predicted by the finite element simulations were effective to identify the locations of possible fracture. Finally, it was concluded that the process model, DEFORM2D combined with Lee & Dawson#s damage evolution model, was effective for the analysis of warm backward extrusion of AZ31 Mg alloys.
The objective of this study is to develop a damage model based on damage mechanics that can be used to analyze the mechanical behavior of structures with defects and the global behavior of damaged structures. A modified second order damage tensor that can be applied to finite element analysis is used to reflect the effect of damage. The damage stress computed from the effective stress is considered as an additional loading term acting on nodes and can represent the effect of crack surface. The accuracy of the proposed algorithm is verified by comparing the analysis results with the experimental data from other studies and the analysis results based on transverse isotropic theory. The developed damage model is applied to the analyses of structures with cracks under linear elastic condition. Numerical results show that the developed model can effectively analyze the global behavior of damaged structures.
The predictive utility of a damage model depends heavily on its particular choice of a damage variable, which serves as a macroscopic approximation in describing the underlying micromechanical processes of microdefects. In the case of spatially perfectly randomly distributed microcracks or microvoids in all directions, isotropic damage model is an appropriate choice, and scalar damage variables were widely used for isotropic or one-dimensional phenomenological damage models. The simplicity of a scalar damage representation is indeed very attractive. However, a scalar damage model is of somewhat limited use in practice. In order to entirely characterize the isotropic damage behaviors of damaged materials in multidimensional space, a system theory of isotropic double scalar damage variables, including the expressions of specific damage energy release rate, the coupled constitutive equations corresponding to damage, the conditions of admissibility for two scalar damage effective tensors within the framework of the thermodynamics of irreversible processes, was provided and analyzed in this study. Compared with the former studies, the theoretical formulations of double scalar damage variables in this study are given in the form of matrix, which has many features such as simpleness, directness, convenience and programmable characteristics. It is worth mentioning that the above-mentioned theoretical formulations are only logically reasonable. Owing to the limitations of time, conditions, funds, etc. they should be subject to multifaceted experiments before their innovative significance can be fully verified. The current level of research can be regarded as an exploratory attempt in this field.
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