Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.32
no.1
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pp.37-44
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2019
A bond-based peridynamic model has been reported dynamic fracture characteristic of brittle materials through a simple constitutive model. In the model, each bond is assumed to be a simple spring operating independently. As a result, this simple bond interaction modeling restricts the material behavior having a fixed Poisson's ratio of 1/4 and not being capable of expressing shear deformation. We consider a state-based peridynamics as a generalized peridynamic model. Constitutive models in the state-based peridynamics are corresponding to those in continuum theory. In state-based peridynamics, thus, the response of a material particle depends collectively on deformation of all bonds connected to other particles. So, a state-based peridynamic theory can represent the volume and shear changes of the material. In this paper, the perfect plasticity is considered to express plastic deformation of material by the state-based peridynamic constitutive model with perfect plastic flow rule. The elastic-plastic behavior of the material is verified through the stress-strain curves of the flat plate example. Furthermore, we simulate the high-speed impact on 3D granite model with a nonlocal contact modeling. It is observed that the damage patterns obtained by peridynamics are similar to experimental observations.
This paper focuses on the cracking and fragmentation process in rock materials containing a pair of non-parallel flaws, which are through the specimen thickness, under vertical compression. Several numerical experiments are conducted with varying flaw arrangements that affect the initiation and tensile wing cracks, shear crack growth, and crack coalescing behaviors. To obtain realistic numerical results, a parallelized peridynamics formulation coupled with a finite element method, which is able to capture arbitrarily occurring cracks, is employed. From previous studies, crack initiation and propagation of tensile wing cracks, horsetail cracks, and anti-wing cracks are well understood along with the coalescence between two parallel flaws. In this study, the coalescence behaviors, their fragmentation sequences, and the role of an x-shaped shear band in rock material containing two non-parallel flaws are discussed in detail on the basis of simulation results strongly correlated with previous experimental results. Firstly, crack initiation and propagation of tensile wing cracks and shear cracks between non-parallel flaws are investigated in time-history and then sequential coalescing behavior is analyzed. Secondly, under the effect of varying inclination angles of two non-parallel flaws and overlapping ratios between a pair of non-parallel flaws, the cracking patterns including crack coalescence, fragmentation, and x-shaped shear band are investigated. These numerical results, which are in good agreement with reported physical test results, are expected to provide insightful information of the fracture mechanism of rock with non-parallel flaws.
In this paper, it is intended to present more reproducible and quantitative method for adhesion assemssement. In scratch test, micromechanical analysis on the stress state beneath the indenter was carried out considering the additional blister field. The interface adhesion was quantified as work of adhesion through Griffith energy approach on the basis of the analyzed stress state. The work of adhesion for DLC film/WC-Co substrate calculated through the proposed analysis shows the identical value regardless of distinctly different critical loads measured with the change of film thickness and scratching speed. On the other hand, uniaxial loading was imposed on DCL film/Al substrate, developing the transverse film cracks perpendicular to loading direction. Since this film cracking behavior depends on the relative magnitude of adhesion strength to film fracture strength, the quantification of adhesion strength was given a trial through the micromechanical analysis of adhesion-dependence of film cracking patterns. The interface shear strength can be quantified from the measurement of strain $\varepsilon$s and crack spacing $\lambda$ at the cessation of film cracking.
The model experiments, which employ a charge hole and guide hole, are simulated to examine the effect of the guide hole on the crack propagation control in blasting. Crack patterns resulted from the analysis models, which consider the distance between the charge hole and guide hole, were compared. From the simulation analysis for the model experiments, it was revealed that all the guide holes used in this study were effective for controlling the crack propagation in blasting.
Recently, as the building structure has been larger, higher, longer and more specialized, the demand of material with high-strength concrete for building has been increasing. In this research, silica-fume was used as an admixture in order to get a high-strength concrete. From the test result, High-strength concrete with cylinder strength of 1,200kgf/$\textrm{cm}^2$ in 28-days was produced and tested. The static test was carried out to measure the ultimate load, the initial load of flexural and diagonal cracking, crack patterns and fracture modes. The load versus strain and load versus deflection relations were obtained from the static test. The relation of cycle loading to deflections on the mid-span, the crack propagation and the modes of failure according to cycle number, fatigue life and S-N curve were observed through the fatigue test. Based on the fatigue test results, high-strength reinforced concrete beams failed to 57~66 percent of the static ultimate strength. Fatigue strength about two million cycles from S-N curves was certified by 60 percent of static ultimate strength.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.44
no.1
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pp.93-102
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2002
Steel fiber and polymer are used widely for reinforcement material of RC structures because of its excellences of the durability, serviceability as well as mechanical properties. The purpose of this study is to investigate the shear behavior of polymer cement high strength concrete beams mixed with steel fiber. The compressive strength of concrete was based on the 100$\times$200 mm cylinder specimens. The compressive strength of concrete are 320$kgf/cm^2$, 436 $kgf/cm^2$ and 520 $kgf/cm^2$ in the 28 days. The static test was carried out to measure the ultimate load, the initial load of flexural and diagonal cracking, crack patterns and fracture modes. Also, load-strain and load-deflection examined. During the test cracks were sketched against the load values according to the growth of crack. result are as follows; (1) The failure modes of the specimens are increased in rigidity and durability with mixing steel fiber and polymer. (2) The load of initial crack was similar a theory of shear-crack strength. (3) The deflection and strain at failure load of Polymer-steel fiber high strength concrete beams were increased, improving the brittleness of the high strength concrete.
This study was jointly conducted by the department of nursing science in a college of natural sciences and the furniture design department in the art and physical education to research the critical factors for the furniture development for the Elderly in consideration of the surging number of senior citizens not only in Korea but also globally. On the basis of the Elderly's physical and mental characteristics investigated by the department of nursing science, the furniture design guideline for the Elderly was presented. The following points should be considered at designing the furniture for the Elderly. First, multiple functions like chair with removable toilet bowl and part lighting in bed are advantageous. Second, the dimension of furniture such as chair, bed and sofa should be ergonomically thought in terms of structure for the Elderly's convenience. Third, the bright and vivid color of furniture should be chosen from the aspect of the design, while the different kinds of blue should be avoided. Small patterns and high glossy are not recommendable, but various kinds of feelings in different shapes are suggested. Forth, the material should contribute to the fracture prevention and for that sponge, fabric and leather smoothing the surface of furniture are recommendable as the finishing treatment in a wide variety of colors.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2011.11a
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pp.520-522
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2011
In this paper, the bearing strengths and fracture behaviors of the pin-jointed carbon fiber/epoxy composites were investigated through pin loading test. The composites were fabricated by a filament winding process, and two types of laminated patterns were considered. According to the results, type 1 pattern revealed a net-tension failure mode, whereas type 2 pattern exhibited a bearing failure mode. Also, acoustic emission energy of the type 2 pattern was higher than that of the type 1 pattern. Therefore, the type 2 pattern was found to be structurally safer than the type 1 pattern.
Forearm fractures in children are very common among all pediatric fractures. However, biomechanical investigations on the pediatric forearm are rather scarce, partially due to the complex anatomy, closely situated, interrelated structures, highly dynamic movement patterns, and lack of appropriate tools. The purpose of this study is to develop a computational tool for child forearm investigation and characterize the mechanical responses of a backward fall using the computational model. A three-dimensional 10-year-old child forearm finite element (FE) model, which includes the ulna, radius, carpal bones, metacarpals, phalanges, cartilages and ligaments, was developed. The high-quality hexahedral FE meshes were created using a multi-block approach to ensure computational accuracy. The material properties of the FE model were obtained by scaling reported adult experimental data. The design of computational experiments was performed to investigate material sensitivity and the effects of relevant parameters in backward fall. Numerical results provided a spectrum of child forearm responses with various effective masses and forearm angles. In addition, a conceptual L-shape wrist guard design was simulated and found to be able to reduce child distal radius fracture.
Frank, Timothy E.;Lepech, Michael D.;Billington, Sarah L.
Computers and Concrete
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v.22
no.3
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pp.305-317
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2018
Steel reinforced Engineered Cementitious Composite (ECC) components have been proposed for seismic structural applications, for example in coupling beams, infill panels, joints, columns, and flexural members. The development of strain in the steel reinforcement of cementitious components has been shown to vary based on both the steel reinforcement ratio and the applied deformation history. Strain in the steel reinforcement of reinforced ECC components is an important structural response metric because ultimate failure is often by fracture of the steel reinforcement. A recently proposed bond-slip model has been successfully calibrated to cyclically tested reinforced ECC beams wherein the deformation history contained monotonically increasing cycles. This paper reports simulations of two-dimensional finite element models of reinforced ECC beams to determine the appropriateness and significance of altering a phenomenological bond-slip model based on the applied deformation history. The numerical simulations with various values of post-peak bond-slip softening stiffness are compared to experimental results. Varying the post-peak bond-slip softening stiffness had little effect on the cracking patterns and hysteretic response of the reinforced ECC flexural models tested, which consisted of two different steel reinforcement ratios subjected to two different deformation histories. Varying the post-peak bond-slip softening stiffness did, however, affect the magnitude of strain and the length of reinforcing bar that strain-hardened. Overall, a numerical model with a constant bond-slip model represented well various responses in reinforced ECC beams with multiple steel reinforcement ratios subjected to different deformation histories.
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