The influence of the fracture process zone (FPZ) on the fracture properties is one of the hottest topics in the field of fracture mechanics for cementitious materials. Within the FPZ in front of a traction free crack, cohesive forces are distributed in accordance with the softening stress-separation constitutive relation of the material. Therefore, further crack propagation necessitates energy dissipation, which is the work done by the cohesive forces. In this paper $g_f$, the local fracture energy characterizing the energy consumption due to the cohesive forces, is discussed. The computational expression of $g_f$ in the FPZ can be obtained for any stage during the material fracture process regarding the variation of FPZ, whether in terms of its length or width. $G_{fa}$, the average energy consumption along the crack extension region, has also been computed and discussed in this paper. The experimental results obtained from the wedge splitting tests on specimens with different initial notch ratios are employed to investigate the property of the local fracture energy $g_f$ and the average value $G_{fa}$ over the crack extension length. These results can be used to indicate the influence of the FPZ. Additionally, changes in the length of the FPZ during the fracture process are also studied.
The paper presents quasi-static plane strain FE-simulations of strain localization in reinforced concrete beams without stirrups. The material was modeled with two different isotropic continuum crack models: an elasto-plastic and a damage one. In case of elasto-plasticity, linear Drucker-Prager criterion with a non-associated flow rule was defined in the compressive regime and a Rankine criterion with an associated flow rule was adopted in the tensile regime. In the case of a damage model, the degradation of the material due to micro-cracking was described with a single scalar damage parameter. To ensure the mesh-independence and to capture size effects, both criteria were enhanced in a softening regime by nonlocal terms. Thus, a characteristic length of micro-structure was included. The effect of a characteristic length, reinforcement ratio, bond-slip stiffness, fracture energy and beam size on strain localization was investigated. The numerical results with reinforced concrete beams were quantitatively compared with corresponding laboratory tests by Walraven (1978).
Kim Seog-Hwan;Kwak Dai-Soon;Kim Woong-Chan;Oh Taek-Yul
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2005.10a
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pp.627-631
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2005
In this study, low fatigue behavior of laser welded sheet metal were investigated. Before welding, the cross section of butt joint was prepared only by fine shearing without milling process. Specimens were same sheet metal and welding condition that using automobile manufacturing company at present. Butt joint of cold rolled sheet metal was welded by $CO_2$ laser. It is used that welding condition such as laser welding speed was 5.5m/sec and laser output power was 5kW for 0.8mm and 1.2mm sheet metal. The laser weldments were machined same or different thickness and same or different material. In order to mechanical properties of around welding zone, hardness test was performed. Hardness of welding bead is about 2 times greater than base material. We performed the low cycle fatigue tests for obtaining fatigue properties about thickness and the weld line direction of specimen. The results of strain controlled low cycle fatigue test indicate that all specimens occur cyclic softening, as indicated by the decrease in stress to reach a prescribed strain.
Localization of concrete is a phenomenon such that the deformation of concrete is localized in
finite region with softening behavior and it governs ultimate load of concrete. In this Paper,
concrete under strain localization was modeled with localization region and non-localization region
and lc~calization behavior was formulated based on averaging concept of heterogeneous material.
By using the formulation, the localization phenomena of concrete under uniaxial loadings were
well predicted. The analytical results show that size of localization region of concrete under uniaxial
compression is three times of maximum aggregate size and the size effect of concrete is
well predicted. The use of tension-softening curve obtained from direct tension test is suitable
for well prediction of localization of concrete under uniaxial tension.
In bulk metal forming processes prediction of tool life is very important for saving production cost and achieving good material properties. Generally the service life of tools in metal forming process is limited to a large extent by wear, fracture and plastic deformation of tools. In case of hot and warm forging processes tool life depends on wear over 70%. In this study finite element analyses are con-ducted to warm and hot forging by adopting suggested wear model. By comparison of simulation and eal profile of die suggested wear model. By comparison of simulation and real profile of die suggested model is verified.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1993.04a
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pp.65-72
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1993
Steel fiber reinforced concrete(SFRC) which is made by short, randomly distributed steel fibers in concrete is superior in its tensile mechanical properties to plain concrete in enhancement of tensile strength and tensile ductility. These improvements are attributed to crack arresting mechanism and formation of longer crack paths due to fibers , which as a consequence lead to increase in energy absorption capacity of SFRC. In the post-peak region under tensile stresses, major macrocrack forms at critical section. The opening of this macrocrack is mainly resisted by both of the fiber pull-out bridging the cracked surfaces and the resistance by matrix softening. In this study, micromechaincal approach has been made in order to simulate tensile behavior of SFRC and based on which the theoretical model is presented. This model reflects the features of both the composite material concept and the spacing concept in predicting tensile strength of SFRC. The model also takes into account for the effects of matrix tensile softening and fiber bridging by pull-out on the resistance for the post-peak behavior of SFRC. It has been shown that the developed model satisfactory predicts the experimental results.
This work has been carried out to reduce the softening of heat affected zone on laser surface alloying. Iron based rapid solidification material with $Cr_{5-10}$, $V_{1-3}$, $Mo_{3-7}$, $W_{2-5}$, $B_{7-8}$, $C_{2-3}$, $Si_{0.5-1}at%$ was alloyed on the surface of SM45C steel. The excellent softening resistance in alloyed and heat affected zone showed, which could be attributed to the formation of stable high temperature precipitates.
Israel's coastal region consists, mainly, of Pleistocene and Holocene sands with varying degrees of calcareous cementation, known locally as "kurkar". Previous studies of these materials emphasized the difficulty in their geotechnical characterization, due to their extreme variability. Consequently, it is difficult to estimate construction stability, displacements and deformations on, or within these soils. It is suggested that SPT and Menard pressuremeter tests may be used to characterize the properties of these materials. Values of elastic modulus obtained from pressuremeter tests may be used for displacement analyses at different strain levels, while accounting for the geometric dimensions (length/diameter ratio) of the test probe. A relationship was obtained between pressuremeter modulus and SPT blow count, consistent with published data for footing settlements on granular soils. Cohesion values, for a known friction angle, are estimated, by comparing field pressuremeter curves to curves from numerical (finite element or finite difference) analyses. The material analyzed in the paper is shown to be strain-softening, with the initial cohesion degrading to zero on development of plastic shear strains.
We present a quadrilateral finite element with an embedded crack that can be used to model tensile fracture in two-dimensional concrete solids and the crack growth. The element has kinematics that can represent linear jumps in both normal and tangential displacements along the crack line. The cohesive law in the crack is based on rigid-plasticity with softening. The required material data for the concrete failure analysis are the constants of isotropic elasticity and the mode I softening curve. The results of two well known tests are presented in order to illustrate very satisfying performance of the presented approach to simulate failure of concrete solids.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2003.04a
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pp.137-144
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2003
Since quasi-brittle material like concrete shows strain localization behavior accompanied by strain softening, a numerical drawback such as mesh sensitivity is appeared in the finite element analysis. In this study, a homogenized crack model which overcomes the drawback and considers rate discontinuity in the constitutive equation is proposed for modeling of cracking in concrete and its propagation in strain softening regime. Then, a series of finite element analysis of the concrete under various loading conditions has been performed. From comparison of analysis results with experimental data, it is shown that failure behavior due to localized cracking of concrete under both compressive loading condition and tensile loading condition is well predicted by the homogenized crack model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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