The fracture behaviors of Zr-based bulk amorphous metals(BAMs) having compositions of $Zr_{55}Al_{10}Ni_{5}Cu_{30}$, were investigated under impact loading and quasi-static conditions. For experiments, a newly devised instrumented impact testing apparatus and the subsize Charpy specimens were used. The influences of loading rate and the notch shape on the fracture behavior of the Zr-based BAM were examined. The Zr-based BAMs showed an elastic deformation behavior without any plastic deformation on it before fracture. Most fracture energies were absorbed in the process of the crack initiation. The maximum load and fracture absorbed energy under quasi-static condition were larger than those under impact condition. However, there existed relatively insignificant notch shape effect. Fracture surfaces under impact loading were smoother than those under quasi-static loading. The absorbed fracture energy appeared differently depending on the extent of the vein-like pattern region due to the shear bands developed at the notch tip. It can be found that the fracture energy of the Zr-Al-Ni-Cu alloy is closely related with the development of shear bands during fracture.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1999.10a
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pp.291-300
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1999
An idealized analytical model is proposed to estimate the effects of restrainer upon global response behaviors of a bridge system under seismic excitations. Pounding actions between adjacent vibration units and friction at movable supports are introduced in addition to other phenomena such as nonlinear behaviors of pier, motions of the foundation and abutment to achieve the better prediction of the bridge motion. The applied restrainer is assumed to be a dead-band system, which has the force clearance and the linear-elastic force. Using the proposed model, the dynamic characteristics of a bridge system retrofitted by restrainers is examined, and the effects of stiffness and clearance length of restrainer is also investigated. The main effect of the application of restrainers is found to reduce the relative displacements and the trend becomes greater with the shorter clearance length except between pier units. It is found that the relative displacements between abutment and adjacent pier units are decreased as the stiffness of restrainer increases, but almost independent upon the stiffness increments of restrainer. However, the relative displacements between pier units tend to be increased due to the applications of the restrainers.
This paper will examine the possibilities of the virtual tests of composite structures by simulating mechanical behaviors by using supercomputing technologies, which have now become easily available and powerful but relatively inexpensive. We will describe mainly the applications of large-scale finite element analysis using the direct numerical simulation (DNS), which describes composite material properties considering individual constituent properties. DNS approach is based on the full microscopic concepts, which can provide detailed information about the local interaction between the constituents and micro-failure mechanisms by separate modeling of each constituent. Various composite materials such as metal matrix composites (MMCs), active fiber composites (AFCs), boron/epoxy cross-ply laminates and 3-D orthogonal woven composites are selected as verification examples of DNS. The effective elastic moduli and impact structural characteristics of the composites are determined using the DNS models. These DNS models can also give the global and local information about deformations and influences of high local in-plane and interlaminar stresses induced by transverse impact loading at a microscopic level inside the materials. Furthermore, the multi-scale models based on DNS concepts considering microscopic and macroscopic structures simultaneously are also developed and a numerical low-velocity impact simulation is performed using these multi-scale DNS models. Through these various applications of DNS models, it can be shown that the DNS approach can provide insights of various structural behaviors of composite structures.
He, Jun-xiao;Wang, Juan;Yang, Qing-shan;Han, Miao;Deng, Yang
Structural Engineering and Mechanics
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v.77
no.4
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pp.509-521
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2021
The neighbouring gaps at the mortise-tenon joint in traditional timber structure, which leads to the complexity of the joint, are considered to impair the mechanical performance of the joint. In this paper, numerical simulation of loose joint was conducted to examine the deformation states, stress distributions, and bearing capacities, which was verified by full-scale test. On the basis of the experimental and numerical results, a simplified mechanics model with gaps has been proposed to present the bending capacity of the loose joint. Besides, the gap effects and parameter studies on the influences of tenon height, friction coefficient, elastic modulus and axial load were also investigated. As a result, the estimated relationship between moment and rotation angle of loose joint showed the agreement with the numerical results, demonstrating validity of the proposed model; The bending bearing capacity and rotational stiffness of loose joint had a certain drop with the increasing of gaps; and the tenon height may be the most important factor affecting the mechanical behaviors of the joint when it is subjected to repeated load; Research results can provide important references on the condition assessments of the existing mortise-tenon joint.
Digging well foundation has been widely used in railway bridges due to its good economy and reliability. In other instances, bridges with digging well foundation still have damage risks during earthquakes. In this study, a new type of digging well foundation with prefabricated roots was proposed to reduce earthquake damage of these bridges. Quasi-static tests were conducted to investigate the failure mechanism of the root digging well foundation, and then to analyze seismic behaviors of the new type well foundation. The testing results indicated that these prefabricated roots could effectively limit the rotation and uplift of the digging well foundation and increase the lateral bearing capacity of the digging well foundation. The elastic critical load and ultimate load can be increased by 69% and 36% if prefabricated roots were added in the digging well foundation. The prefabricated roots drived more soil around the foundation to participate in working, the stiffness of the bridge pier with root digging well foundation was improved. Moreover, the root participation could improve the energy dissipation capacity of soil-foundation-pier interaction system. The conclusions obtained in this paper had important guiding significance for the popularization and application of the digging well foundation with prefabricated roots in earthquake-prone zones.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.2A
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pp.391-399
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2006
Plate girders with variable depths have been often used at piers considering not only the economy but also an aesthetic aspect. Tapered plate girders exhibit more complicated behaviors than prismatic girders especially under shear. However, a comprehensive design method for the determination of the shear strength has yet to be developed mainly due to lack of study. In this study, investigated is the buckling and ultimate behaviors of tapered plate girders subjected to shear through finite element analyses. From the analysis results, a simple design formula is suggested for the evaluation of the shear strength of tapered plate girders.
At present, the research on wave propagation in graphene platelet reinforced composite plates focuses on the propagation behavior of bulk waves, in which the effect of boundary condition is ignored, there is no literature report on propagation behaviors of guided waves in graphene platelet reinforced metal foams (GPLRMF) plates. In fact, wave propagation is affected by boundary conditions, so it is necessary to study the propagation characteristics of guided waves. The aim of this paper is to solve this problem. The effective performance of the material was calculated using the mixing law. Equations of motion of GPLRMF plate is derived by using Hamilton's principle. Then, the eigenvalue method is used to obtain the expressions of bending wave, shear wave and longitudinal wave, and the degradation verification is carried out. Finally, the effects of graphene platelets (GPLs) volume fraction, elastic foundation, porosity coefficient, GPLs distribution types and porosity distribution types on the dispersion relations are studied. We find that these factors play an important role in the propagation characteristics and phase velocity of guided waves.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.11
no.9
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pp.3119-3124
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2010
The purpose of this paper is to analyze dynamic behaviors of the oil film thickness and engine bearings in both aligned and misaligned operation conditions of a crankshaft using computer simulation techniques. A crankshaft as an elastic body is modeled for a misaligned crankshaft which is very important design parameter of the film thickness and engine bearings. In this analysis, a dynamic characteristic of a minimum oil film is analyzed based on the elastohydrodynamic lubrication theory. The boundary conditions for analyzing the film behaviors include non-linear constraint forces and bending moments in engine bearings. The more expedient model of an engine bearing is extended to consider the effect of crankshaft misalignment. The computed results indicate that the minimum oil film thickness that causes a major influence on the performance of engine bearings has showed a decrease of 16% to 24% for the misaligned crankshaft compared with an aligned crankshaft. The computed results show that the misalignment of a crankshaft inevitably brings the reduction of minimum oil film thickness and this may increase the failure of a bearing. These results as design parameters are very useful for a bearing designer as a firm reference data of an automotive engine.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2002.05a
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pp.134-139
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2002
Fracture behaviors of pipes with local wall thinning are very important for the integrity of nuclear power plant. However, effects of local wall thinning on strength and fracture behaviors of piping system were not well studied. Acoustic emission(AE) has been widely used in various fields because of its extreme sensitivity, dynamic detection ability and location of growing defects. In this study, we investigated failure modes of locally wall thinned pipes and AE signals by bending test. From test results, we could be divided four types of failure modes of ovalization, crack initiation after ovalization, local buckling and crack initiation after local buckling. And fracture behaviors such as elastic region, yielding range, plastic deformation range and crack progress could be evaluated by AE counts, accumulative counts and time-frequency analysis during bending test. It is expected to be basic data that can protect a risk according to local wall thinning of pipes, as a real time test of AE.
In this study, the stress-strain response and the cracking behaviors of ITO film on a PET substrate are investigated. The cracking behaviors of ITO thin films deposited on a thermoplastic semi-crystalline polymer developed for flexible display applications was investigated by means of tensile experiments equipped with an electrical measurement apparatus and an in-situ optical microscope. Electrical resistance increased gradually in the elastic-to-plastic transition region of the stress strain curves and cracks formed. Numerous cracks were found in this region, and the increase of the resistance was linked to the cracking of ITO thin films. Upon loading, the initial cracks perpendicular to the tensile axis were observed at about 1% of the total strain. They propagated to the entire sample width as the strain increased. The spacing between the horizontal cracks is thought to be determined by the fracture strength and the thickness of the ITO film as well as by the interfacial strength between the ITO and PET. The effect of the strain rate on the cracking behavior was also investigated. The crack density increased as the strain increased. The spacing between the horizontal cracks (perpendicular to the stress axis) increased as the strain rate decreased. The increase of the crack density as the strain rate decreased can be attributed to the higher fraction of the plastic strain to the total strain at a given total strain. The higher critical strain for the onset of the increase in the resistance and the crack initiation of the ITO/PET with a thinner ITO film (300 ohms/sq.) suggests a higher strength of the thinner ITO film.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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