Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.6
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pp.204-211
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2022
In this study, Hollow Concrete Filled FRP Tube Pile(HCFFT Pile) was proposed as a model to utilize the advantages of composite piles and solve the problem of corrosion, which is a disadvantage of CFT piles, and a numerical analysis model was developed to analyze their behavior. The strain compatibility method was applied considering the damage plastic behavior of concrete, the yield plastic behavior of steel, and the elastic behavior of FRP. The flexural strength calculation equation of HCFFT piles was proposed considering the change of the FRP tube section according to the distance from the neutral axis. The flexural strength calculation equation, numerical analysis results, and experimental results were compared and analyzed to verify their adequacy. The results of this study can be used as basic data for the optimal design of various HCFFT piles using FRP.
It has been well known that ductile fracture of steel is accelerated by triaxiality stresses. The characteristics of ductile crack initiation in steels are evaluate quantitatively using two-parameter criterion based on equivalent plastic strain and stress triaxiality. Recently, the characteristics of critical crack initiation of steels are quantitatively estimated using the two-parameter, that is, equivalent plastic strain and stress triaxiality, criterion. This study is paid to the fundamental clarification of the effect of geometrical heterogeneity and strength mismatching, which can elevate plastic constraint due to heterogeneous plastic straining, and loading rate on critical condition to initiate ductile crack using two-parameter. Then, the crack initiation testing were conducted under static and dynamic loading. To evaluate the stress/strain state in the specimens especially under dynamic loading, thermal elastic-plastic dynamic FE-analysis considering the temperature rise was used. The result showed that the critical global strain to initiate ductile fracture in specimens with strength mismatch under various loading rate cu be estimated based on the local criterion, that is two-parameter criterion obtained on homogeneous specimens under static tension, by mean of FE-analysis taken into account accurately both strength mismatch and dynamic loading effects on stress/strain behavior.
For shield TBM (Tunnel Boring Machine) tunnel lining, the segment joint is the most critical component for determining the mechanical response of the complete lining ring. To investigate the mechanical behavior of the segment joint in a water conveyance tunnel, which is different from the vehicle tunnel because of the external loads and the high internal water pressure during the tunnel's service life, full-scale joint tests were conducted. The main advantage of the joint tests over previous ones was the definiteness of the loads applied to the joints using a unique testing facility and the acquisition of the mechanical behavior of actual joints. Furthermore, based on the test results and the theoretical analysis, a mechanical model of segment joints has been proposed, which consists of all important influencing factors, including the elastic-plastic behavior of concrete, the pre-tightening force of the bolts and the deformations of all joint components, i.e., concrete blocks, bolts and cast iron panels. Finally, the proposed mechanical model of segment joints has been verified by the aforementioned full-scale joint tests.
Poursharifi, Maryam;Abedi, Karim;Chenaghlou, Mohammadreza;Fleischman, Robert B.
Structural Engineering and Mechanics
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v.74
no.1
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pp.69-82
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2020
A significant defect of space structures is the progressive collapse issue which may restrict their applicability. Force limiting devices (FLDs) have been designed to overcome this deficiency, though they don't operate efficiently in controlling the force displacement characteristics. To overcome this flaw, a new type of FLD is introduced in the present study. The "all steel accordion force limiting device" (AFLD) which consists of three main parts including cylindrical accordion solid core, tubular encasing and joint system is constructed and its behavior has been studied experimentally. To improve AFLD's behavior, Finite element analysis has been carried out by developing models in ABAQUS software. A comprehensive parametric study is done by considering the effective design parameters such as core material, accordion wave length and accordion inner diameter. From the results, it is found that AFLD can obtain a perfect control on the force-displacement characteristics as well as attaining the elastic-perfect plastic behavior. Obtaining higher levels of ultimate load carrying capacity, dissipated energy and ductility ratio can be encountered as the main privileges of this device. Ease of construction and erection are found to be further advantages of AFLD. Based on the obtained results, a procedure for predicting AFLD's behavior is offered.
Kim, Yeong-Jin;Heo, Nam-Su;Cha, Heon-Ju;Choe, Jae-Bung;Pyo, Chang-Ryul
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.7
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pp.1031-1038
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2001
In order to verify the analytical methods predicting failure behavior of cracked piping, full-scale pipe tests are crucial in nuclear power plant piping. For this reason, series of international test programs have been conducted. However, full-scale pipe tests require expensive testing equipment and long period of testing time. The objective of this paper is to develop a test system which can economically simulate the full-scale pipe test regarding the integrity evaluation. This system provides the failure behavior of cracked pipe by testing a wide-plate specimen. The system provides the failure behavior of cracked pipe by testing a wide-plate specimen. The system was developed for the integrity evaluation of nuclear piping based on the methodology of hardware-in-the-loop (HiL) simulation. Using this simulator, the piping integrity can be evaluated based on the elastic-plastic behavior of full-scale pipe, and the high cost full-scale pipe test may be replaced with this economical system.
Knowledge of thin films mechanical properties is strongly associated to the reliability and the performances of Nano Electro Mechanical Systems (NEMS). In the literature, there are several methods for micro materials characterization. Bulge test is an established nondestructive technique for studying the mechanical properties of thin films. This study improve the performances of NEMS by investigating the mechanical behavior of Nano rectangular thin film (NRTF) made of new material embedded in Nano Electro Mechanical Systems (NEMS) by developing the bulge test technique. The NRTF built from adhesively-bonded layers of basalt fiber reinforced polymer (BFRP) laminate composite materials in Nano size at room temperature and were used for plane-strain bulging. The NRTF is first pre-stressed to ensure that is no initial deflection before applied the loads on NRTF and then clamped between two plates. A differential pressure is applying to a deformation of the laminated composite NRTF. This makes the plane-strain bulge test idea for studying the mechanical behavior of laminated composite NRTF in both the elastic and plastic regimes. An exact solution of governing equations for symmetric cross-ply BFRP laminated composite NRTF was established with taking in-to account the effect of the residual strength from pre-stressed loading. The stress-strain relationship of the BFRP laminated composite NRTF was determined by hydraulic bulging test. The NRTF thickness gradation in different points of hemisphere formed in bulge test was analysed.
Underwood, B. Shane;Kim, Y. Richard;Seo, Youngguk;Lee, Kwang-Ho
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.1D
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pp.45-55
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2008
The objective of this research was to develop a VEPCD (ViscoElastoPlastic Continuum Damage) Model which is used to predict the behavior of asphalt concrete under various loading and temperature conditions. This paper presents the VEPCD model formulated in a tension mode and its validation using four hot mix asphalt (HMA) mixtures: dense-graded HMA, SBS, CR-TB, and Terpolymer. Modelling approaches consist of two components: the ViscoElastic Continuum Damage (VECD) mechanics and the ViscoPlastic (VP) theory. The VECD model was to describe the time-dependent behavior of HMA with growing damage. The irrecoverable (whether time-dependent or independent) strain has been described by the VP model. Based on the strain decomposition principle, these two models are integrated to form the VEPCD model. For validating the VEPCD model, two types of laboratory tests were performed: 1) a constant crosshead strain rate tension test, 2) a fatigue test with randomly selected load levels and frequencies.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.14
no.1
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pp.87-95
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1990
Rotating bending fatigue tests of an authentic steel 304 were performed at various temperatures such as room temperature, $538^{\circ}$ and $593^{\circ}C$. The plastic replica method was also applied in order to estimate the fatigue life on the basis of serial observation of small fatigue crack initiation and growth on the pit specimen surface. The fatigue crack growth behavior of 304 stainless steel was investigated within the frame work of elastic-plastic fracture mechanics within a narrow scatterband in spite of different stress levels at elevated temperature as at room temperature. The growth law of small surface crack is determined uniquely by the term. $\DELTA\sigma^{n}a$ where $\DELTA\sigma$ is the stress amplitude, a is the crack length, and n is a constant. It is found that the small crack growth behavior is basically equivalent to the S-$N_{f}$ relationship, where S and $N_{f}$ are stress and number of cycles to failure, and the fatigue life prediction is in good agreement with the experimental results.
This paper presents finite element (FE) analyses to clarify the effects of external pressure on the residual stresses in a girth-welded steel pipe. At first, FE simulation of the girth welding process is carried out to obtain the weld-induced residual stresses employing sequentially coupled three-dimensional (3-D) thermo-mechanical FE formulation. Then, 3-D elastic-plastic FE analyses incorporating the residual stresses and plastic strains obtained from the preceding FE simulation are performed to investigate the residual stress behavior in the girth-welded pipe under external pressure. The FE analysis results show that the hoop compressive stresses induced by the external pressure significantly alter the hoop residual stresses in the course of the mechanical loading.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.13
no.3
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pp.7-13
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1993
Fracture behavior of pre-cracked compact tension specimens made of AISI 4130 steel was investigated using acoustic emission (AE) and ultrasonic C-scan measurements. While each specimen was loaded up to a certain level, various acoustic emission parameters were recorded together with the crack opening displacement (COD). An elastic-plastic finite element analysis was performed to calculate COD and the damage (plastic) zone size ahead of crack tip. Ultrasonic C-scans, in a pulse-echo, immersion mode, were done for mapping the damage zone size. The agreement between the finite element results and the measured COD was satisfactory. Based on AE results, the test specimens were found to show ductile behavior. The slope of the total ringdown counts vs. COD curve was useful to determine the crack initiation. The preliminary C-scan images showed evidence of changes in the amplitude of ultrasonic signal in the damaged region, and the shape and size of the damage zone matched qualitatively with the finite element results. A further work on the damage zone sizing was also pointed out.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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