An anisotropic damage mechanics approach is introduced which models the static and dynamic behavior of mass concrete in 3D space. The introduced numerical approach is able to model non-uniform cracking within the cracked element due to cracking in Gaussian points of elements. The validity of the proposed model is considered using available experimental and theoretical results under the static and dynamic loads. No instability and stress locking is observed in the conducted analyses. The Morrow Point dam is analyzed including dam-reservoir interaction effects to consider the nonlinear seismic behavior of the dam. It is found that the resulting crack profiles are in good agreement with those obtained from the smeared crack approach. It is concluded that the proposed model can be used in nonlinear static and dynamic analysis of concrete dams in 3D space and enables engineers to define the damage level of these infrastructures. The performance level of the considered system is used to assess the static and seismic safety using the defined performance based criteria.
Our objective is to model static multi-cracking processes in concrete. The explicit dynamic relaxation (DR) method, which gives the solutions of non-linear static problems on the basis of the steady-state conditions of a critically damped explicit transient solution, is chosen to deal with the high geometric and material non-linearities stemming from such a complex fracture problem. One of the common difficulties of the DR method is its slow convergence rate when non-monotonic spectral response is involved. A modified concept that is distinct from the standard DR method is introduced to tackle this problem. The methodology is validated against the stable three point bending test on notched concrete beams of different sizes. The simulations accurately predict the experimental load-displacement curves. The size effect is caught naturally as a result of the calculation. Micro-cracking and non-uniform crack propagation across the fracture surface also come out directly from the 3D simulations.
This study was performed to evaluate the effect of non-uniform corrosion distribution on the analysis of concrete cover failure. A series of experiments have been undertaken to measure the corrosion rate of reinforcement according to the concentration of chloride ion so as to suggest a relationship between the reinforcement corrosion rate and chloride ion density. The corrosion induced pressure depending on the density of chloride ion has been derived. And nonlinear analysis assuming nonlinear corrosion distribution for cover cracking was achieved and compared with other experimental results to verify the accuracy of the model. Analysis was also performed for various parameters to compare their effects.
In particle or short-fiber reinforced composites, cracking of the reinforcements is a significant damage mode because the broken reinforcements lose load carrying capacity. This paper deals with elastic stress distributions and load carrying capacity of intact and cracked ellipsoidal inhomogeneities. Three dimensional finite element analysis has been carried out on intact and broken ellipsoidal inhomogeneities in an infinite body under pure shear. For the intact inhomogeneity, as well known as Eshelby(1957) solution, the stress distribution is uniform in the inhomogeneity and non-uniform in the surrounding matrix. On the other hand, for the broken inhomogeneity, the stress in the region near crack surface is considerably released and the stress distribution becomes more complex. The average stress in the inhomogeneity represents its load carrying capacity, and the difference of average stresses between the intact and broken inhomogeneities indicates the loss of load carrying capacity due to cracking damage. The load carrying capacity of the broken inhomogeneity is expressed in terms of the average stress of the intact inhomogeneity and some coefficients. It is found that the broken inhomogeneity with higher aspect ratio still maintains higher load carrying capacity.
The occurrence of longitudinal cracking in concrete deck of box girder bridge is affected by many factors, but the most important factors are the shrinkage and thermal gradient of deck slabs. In this study, therefore, the tensile stresses at the bottom of deck were calculated from the experimental data(autogeneous shrinkage, drying shrinkage, and thermal gradient of deck slab). Also, the possibility of longitudinal cracks at bottom of deck was estimated. For this purpose, full-scale box girder segments have been fabricated and tested. The thermal gradients and shrinkage strains of deck slabs were measured after placement of concrete. Also, analytic program was conducted for the evaluation of longitudinal cracking in bridge deck considering differential shrinkage induced from non-uniform moisture distributions in concrete.
B. Boukert;M. Khodjet-Kesba;A. Benkhedda;E.A. Adda Bedia
Advances in aircraft and spacecraft science
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제11권1호
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pp.1-21
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2024
The stiffness reduction of cross-ply composite laminates featuring a transverse cracking and delamination within the mid-layer is predicted through utilization of a modified shear-lag model, incorporating a stress perturbation function. Good agreement is obtained by comparing the prediction models and experimental data. The material characteristics of the composite are affected by fluctuations in temperature and transient moisture concentration distribution in desorption case, based on a micro-mechanical model of laminates. The transient and non-uniform moisture concentration distribution induces a stiffness reduction. The obtained results demonstrate the stiffness degradation dependence on factors such as cracks density, thickness ratio and environmental conditions. The present study underscores the significance of comprehending the degradation of material properties in the failure progression of laminates, particularly in instances of extensive delamination growth.
Lei Li;Wei Huang;Zhengyi Kong;Li Zhang;Youde Wang;Quang-Viet Vu
Steel and Composite Structures
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제52권4호
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pp.391-403
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2024
The flexural behavior of composite sandwich wall panels with different thicknesses, numbers of holes, and hole forms, and arrangement form of longitudinal steel bar (uniform type and concealed-beam type) are investigated. A total of twelve composite sandwich wall panels are prepared, utilizing modified polystyrene particles mixed with foam concrete for the flexural performance test. The failure pattern of the composite sandwich wall panels is influenced by the extruded polystyrene panel (XPS) panel thickness and the reinforcement ratio in combination, resulting in both flexural and shear failure modes. Increasing the XPS panel thickness causes the specimens to transition from flexural failure to shear failure. An increase in the reinforcement ratio leads to the transition from flexural failure to shear failure. The hole form on the XPS panel and the steel bar arrangement form affect the loading behavior of the specimens. Plum-arrangement hole form specimens exhibit lower steel bar strain and deflection compared to linear-arrangement hole form specimens. Additionally, specimens with concealed beam-type steel bar display lower steel bar strain and deflection than uniform-type steel bar specimens. However, the hole form and steel bar arrangement form have a limited impact on the ultimate load. Theoretical formulas for cracking load are provided for both fully composite and non-composite states. When compared to the experimental values, it is observed that the cracking load of the specimens with XPS panels closely matches the calculations for the non-composite state. An accurate prediction model for the ultimate load of fully composite wall panels is developed. These findings offer valuable insights into the behavior of composite sandwich wall panels and provide a basis for predicting their performance under various design factors and conditions.
This study was aimed to evaluate the quality of flash welded joints and optimize the welding process for flash butt welding of 780MPa grade high strength steel. And then the relationship between the welding process variables and the joint quality would be established. The effect of process variables between flashing and upsetting process was elucidated. Microstructure observation of the joint indicated that the decarburized band was mainly changed with upsetting process. Width of HAZ was also related to the upsetting conditions rather than the flashing conditions. Generally maximum hardness at HAZ was correlated with Ceq of steel and the empirical relationship was obtained to estimate the HAZ properties. Tensile elongation at the joint was usually decreased with increasing the initial clamping distance. Investigation of fracture surface after tensile and bending tests reveal that the origin of cracking at the joint was oxide inclusions composed of $SiO_2$, MnO, $Al_2O_3$, and/or FeO. The amount of inclusions was dependent on the composition ratio of Mn/Si in steel. If this ratio was above 4, the amount of inclusions was low and then the resistance to cracking at the joint was enough to maintain the joint performance. It was obtained that the flashing process influenced the conditions for the energy input to establish uniform or nonuniform molten layer, while the upsetting conditions influenced the joint strength. Heat input variable during flashing process was also discussed with the joint properties.
Information on isotopic composition and geometric structure is necessary for identifying a true warhead. Nevertheless, such classified information should be protected physically or electronically. With a novel Hash encryption algorithm, this paper presents a Monte Carlo-based design of a neutron activation analysis verification module. The verification module employs a thermal neutron source, a non-uniform mask (physically encrypting information about isotopic composition and geometric structure), a gamma detector array, and a Hash encryption algorithm (for electronic encryption). In the physical field, a non-uniform mask is designed to distort the characteristic gamma rays emitted by the inspected item. Furthermore, as part of the Hash algorithm, a key is introduced to encrypt the data and improve the system resolution through electronic design. In order to quantify the difference between items, Hamming distance is used, which allows data encryption and analysis simultaneously. Simulated inspections of simple objects are used to quantify system performance. It is demonstrated that the method retains superior resolution even with 1% noise level. And the performances of anti-statistical attack and anti-brute force cracking are evaluated and found to be very excellent. The verification method lays a solid foundation for nuclear disarmament verification in the upcoming era.
Khodjet-Kesb, M.;Adda bedia, E.A.;Benkhedda, A.;Boukert, B.
Steel and Composite Structures
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제21권1호
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pp.57-72
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2016
The Poisson ratio reduction of symmetric hygrothermal aged $[{\theta}_m/90_n]_s$ composite laminates containing a transverse cracking in mid-layer is predicted by using a modified shear-lag model. Good agreement is obtained by comparing the prediction models and experimental data published by Joffe et al. (2001). The material properties of the composite are affected by the variation of temperature and transient moisture concentration distribution in desorption case, and are based on a micro-mechanical model of laminates. The transient and non-uniform moisture concentration distribution give rise to the transient Poisson ratio reduction. The obtained results represent well the dependence of the Poisson ratio degradation on the cracks density, fibre orientation angle of the outer layers and transient environmental conditions. Through the presented study, we hope to contribute to the understanding of the hygrothermal behaviour of cracked composite laminate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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