Micromechanical facture models can be used to predict ductile fracture in steel structures. In order to calibrate the parameters in the micromechanical models for the largely used Q345 steel in China, uniaxial tensile tests, smooth notched tensile tests, cyclic notched bar tests, scanning electron microscope tests and finite element analyses were conducted in this paper. The test specimens were made from base metal, deposit metal and heat affected zone of Q345 steel to investigate crack initiation in welded steel connections. The calibrated parameters for the three different locations of Q345 steel were compared with that of the other seven varieties of structural steels. It indicates that the toughness index parameters in the stress modified critical strain (SMCS) model and the void growth model (VGM) are connected with ductility of the material but have no correlation with the yield strength, ultimate strength or the ratio of ultimate strength to yield strength. While the damage degraded parameters in the degraded significant plastic strain (DSPS) model and the cyclic void growth model (CVGM) and the characteristic length parameter are irrelevant with any properties of the material. The results of this paper can be applied to predict ductile fracture in welded steel connections.
Magnetorheological (MR) fluids are capable of changing their rheological properties under the application of external fields. When MR fluids operate in the so-called squeeze mode, in which displacement levels are limited to a few millimetres but there are large forces, they have many potential applications in vibration isolation. This paper presents an experimental and a numerical investigation of the performance of an MR fluid under tensile and compressive loads and oscillatory squeeze-flow. The performance of the fluid was found to depend dramatically on the strain direction. The shape of the stress-strain hysteresis loops was affected by the strength of the applied field, particularly when the fluid was under tensile loading. In addition, the yield force of the fluid under the oscillatory squeeze-flow mode changed almost linearly with the applied electric or magnetic field. Finally, in order to shed further light on the mechanism of the MR fluid under squeeze operation, computational fluid dynamics analyses of non-Newtonian fluid behaviour using the Bingham-plastic model were carried out. The results confirmed superior fluid performance under compressive inputs.
This study aimed to develop models of sulfate diffusion and ettringite content profile in cement paste for the predication of the damage behavior in cement paste subject to external sulfate. In the models, multiphase reaction equilibrium between ions in pore solution and solid calcium aluminates phases and the microstructure changes in different positions of cement paste were taken into account. The distributions of expansive volume strain and expansion stress in cement paste were calculated based on the ettringite content profile model. In addition, more sulfate diffusion tests and SEM analyses were determined to verify the reliability and veracity of the models. As the results shown, there was a good correlation between the numerical simulation results and experimental evidences. The results indicated that the water to cement ratio (w/c) had a significant influence on the diffusion of sulfate ions, ettringite concentration profile and expansion properties in cement paste specimens. The cracking points caused by ettringite growth in cement paste specimens were predicted through numerical methods. According to the simulation results, the fracture of cement paste would be accelerated when the specimens were prepared with higher w/c or when they were exposed to sulfate solution with higher concentration.
Chicoine, Thierry;Tremblay, Robert;Massicotte, Bruno
Steel and Composite Structures
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v.2
no.3
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pp.171-194
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2002
In this paper, the behaviour of axially loaded partially encased composite columns made with light welded H steel shapes is examined using ABAQUS finite element modelling. The results of the numerical simulations are compared to the response observed in previous experimental studies on that column system. The steel shape of the specimens has transverse links attached to the flanges to improve its local buckling capacity and concrete is poured between the flanges only. The test specimens included 14 stubcolumns with a square cross section ranging from 300 mm to 600 mm in depth. The transverse link spacing varied from 0.5 to 1 times the depth and the width-to-thickness ratio of the flanges ranged from 23 to 35. The numerical model accounted for nonlinear stress-strain behaviour of materials, residual stresses in the steel shape, initial local imperfections of the flanges, and allowed for large rotations in the solution. A Riks displacement controlled strategy was used to carry out the analysis. Plastic analyses on the composite models reproduced accurately the capacity of the specimens, the failure mode, the axial strain at peak load, the transverse stresses in the web, and the axial stresses in the transverse links. The influence of applying a typical construction loading sequence could also be reproduced numerically. A design equation is proposed to determine the axial capacity of this type of column.
In this paper, a comparative study of the effects of soil modelling on the interaction between tunnelling in soft soil and adjacent piled structure is presented. Several three-dimensional finite element analyses are performed to study the deformation of pile caps and piles as well as tunnel internal forces during the construction of an underground tunnel. The soil is modelled by two material models: the simple, yet approximate Mohr Coulomb (MC) yield criterion; and the complex, but reasonable hardening soil (HS) model with hyperbolic relation between stress and strain. For the former model, two different values of the soil stiffness modulus ($E_{50}$ or $E_{ur}$) as well as two profiles of stiffness variation with depth (constant and linearly increasing) were used in attempts to improve its prediction. As these four attempts did not succeed, a hybrid representation in which the hardening soil is used for soil located at the highly-strained zones while the Mohr Coulomb model is utilized elsewhere was investigated. This hybrid representation, which is a compromise between rigorous and simple solutions yielded results that compare well with those of the hardening soil model. The compared results include pile cap movements, pile deformation, and tunnel internal forces. Problem symmetry is utilized and, therefore, one symmetric half of the soil medium, the tunnel boring machine, the face pressure, the final tunnel lining, the pile caps, and the piles are modelled in several construction phases.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.4
s.235
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pp.511-517
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2005
Fretting fatigue is often the root cause of the nucleation of cracks at attachments of structural components. Since fretting fatigue damage accumulation occurs over relatively small volumes, the subsurface cyclic plastic strain is expected to be rather non-uniformly distributed in polycrystalline materials. The scale of the cyclic plasticity and the damage process zones is often on the order of microstructure dimensions. Fretting damage analyses using cyclic crystal plasticity constitutive models have the potential to account for the influence of size, morphology, and crystallographic orientation of grains on fretting damage evolution. Two-dimensional plane strain simulations of fretting fatigue are performed using the cyclic properties of Ti-6Al-4V. The crystal plasticity simulations are compared to an initially isotropic $J_{2}$ theory with nonlinear kinematic hardening as well as to experiments. The influence of initially isotropic versus textured microstructure in the presence of crystallographic slip is studied.
Sand Compaction Pile (SCP) is a soft-ground improvement technique used for not only accelerating consolidation but also increasing bearing capacity of soils. In this study, laboratory tests and 3-D finite element analysis were peformed to investigate the characteristics of load transfer in SCP with an emphasis on free-strain behavior of piles with low replacement ratios in the range of 30 to $50\%$. Through these focused tests and numerical analyses, we proposed a simplified method to analyze the load transfer characteristics of SCP in soft ground. Moreover, it was shown that estimated normal stresses in SCP using the proposed method were in a reasonable agreement with actual values.
This study investigates the association between chronic health conditions (CHD) and depression with a focus on the mediating effect of financial strain. We tested if age makes any difference in the effect of CHD and financial strain on depression. The data comes from the 2006 Korea Longitudinal Study of Aging (KLoSA) collected by the Institute of Korean Labor Research. The sample consisted of information from 8,961 individuals ages 45-79. Separate analyses were done for middle-age (45-64) and older-adult groups (65-79). There were significant financial portfolio differences among CHD patients and non-CHD, for both age groups, that may constitute the impact of a health event on financial wellbeing; in addition, the associations of CHD on depressive symptoms were different by age groups. The mediating effect of financial wellbeing on the association between CHD and depressive symptoms was verified; in addition, the role of financial wellbeing on the association was especially strong for the older-adult group. The effect of CHD on depression was contingent on the amount of net assets and annual personal income. Implications are discussed based on the findings.
It has been well hewn that ductile fracture of steels is accelerated by triaxial stresses. The characteristics of ductile crack initiation in steels are evaluated quantitatively using a two-parameters criterion based on equivalent plastic strain and stress triaxiality. The present study focuses on the effects of strength mismatch, which can elevate plastic constraint due to heterogeneous plastic straining, on the critical condition for ductile fracture initiation usinga two-parameter criterion. Fracture initiation testing has been conducted under static loading using notched round bar specimens which had different notch locations. This study provides the fundamental clarification of the effect of strength mismatching and effect of notch location on the critical condition to ductile crack initiation from notch root using fuite element method and ultrasonic-mechatronics system. The critical condition of ductile crack initiation from notch root of strength mismatched tensile specimens under static loading appeared to be almost the same as those of homogeneous tensile specimens with circumferential sharp notch specimen. Also, the effect of notch location in mismatched specimens was estimated using finite element(FE) analyses.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.11
no.2
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pp.205-213
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1987
A linear thermoviscoelastic material model, whose basis is on incremental constitutive equation that takes complete strain and temperature histories into account, is derived and computerized in the finite element code. The thermoviscoelastic F.E.M. code which is intended primarily to analyze the cylinder model during the cool-down period, embodies the assumption of linearly elastic bulk and visco-elastic shear responses, thermo-rheologically simple response to temperature change and isotropic thermal expansion. The verification of computer program is accomplished by first testing it against a closed form solution of A.M. Freudenthal & M. Shinozuka's. The stress and strain analyses of five cylindrical models are presented and compared with experimental results. Analytical results are good agreement with experimental results. Margins of safety are evaluated and its allowable ranges are presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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