Through the use of finite element analysis and acoustic emission techniques we have evaluated the interfacial failure of a carbon fiber reinforced polymer (CFRP) repair patch on a notched aluminum substrate. The repair of cracks is a very common and widely used practice in the aeronautics field to extend the life of cracked sheet metal panels. The process consists of adhesively bonding a patch that encompasses the notched site to provide additional strength, thereby increasing life and avoiding costly replacements. The mechanical strength of the bonded joint relies mainly on the bonding of the adhesive to the plate and patch stiffness. Stress concentrations at crack tips promote disbonding of the composite patch from the substrate, consequently reducing the bonded area, which makes this a critical aspect of repair effectiveness. In this paper we examine patch disbonding by calculating the influence of notch tip stress on disbond area and verify computational results with acoustic emission (AE) measurements obtained from specimens subjected to uniaxial tension. The FE results showed that disbonding first occurs between the patch and the substrate close to free edge of the patch followed by failure around the tip of the notch, both highest stress regions. Experimental results revealed that cement adhesion at the aluminum interface was the limiting factor in patch performance. The patch did not appear to strengthen the aluminum substrate when measured by stress-strain due to early stage disbonding. Analysis of the AE signals provided insight to the disbond locations and progression at the metal-adhesive interface. Crack growth from the notch in the aluminum was not observed until the stress reached a critical level, an instant before final fracture, which was unaffected by the patch due to early stage disbonding. The FE model was further utilized to study the effects of patch fiber orientation and increased adhesive strength. The model revealed that the effectiveness of patch repairs is strongly dependent upon the combined interactions of adhesive bond strength and fiber orientation.
Aaqib, Muhammad;Park, Duhee;Kim, Hansup;Adeel, Muhammad Bilal;Nizamani, Zubair Ahmed
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.36
no.12
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pp.77-86
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2020
In this study, the importance of implied strength correction for shallow depths at a region of moderate to low seismicity with primary focus on its effect upon site natural period and mean period of the ground motion is investigated. In addition to the most commonly used Modified Kondner-Zelasko (MKZ) model, this paper uses a quadratic/hyperbolic (GQ/H) model that can capture the stress - strain response at large strains as well as small strain stiffness dependence. A total of six site profiles by downhole tests are used and 1D site response analyses are performed using three input motions with contrasting mean periods. The difference between non-corrected and corrected analyses is conditional on the site period as well as mean ground motion period. The effect of periods is analyzed by correlating them with the effective peak ground acceleration, maximum shear strains and amplification factors. The comparative study reveals that the difference is more prominent in soft sites with long site periods. Insignificant differences are observed when soil profiles are subjected to ground motion with very short mean period.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.2
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pp.221-227
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2016
The main shaft is one of the key components connecting the rotor hub and gear box of a wind power generator. Typically, main shafts are manufactured by open die forging method. However, the main shaft for large MW class wind generators is designed to be hollow in order to reduce the weight. Additionally, the main shafts are manufactured by a casting process. This study aims to develop a manufacturing process for hollow main shafts by the open die forging method. The design of a forging process for a solid main shaft and hollow shaft was prepared by an open die forging process design scheme. Finite element analyses were performed to obtain the flow stress by a hot compression test at different temperature and strain rates. The control parameters of each forging process, such as temperature and effective strain, were obtained and compared to predict the suitability of the hollow main shaft forging process. Finally, high productivity reflecting material utilization ratio, internal quality, shape, and dimension was verified by the prototypes manufactured by the proposed forging process for hollow main shafts.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.21
no.5
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pp.493-504
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2008
This paper presents a computation of nonlinear elastic strains that may occur in the leaflet of the Edwards MIRA mechanical heart valve by the applied high blood pressure using the finite element analysis methodology. By adopting numerical analysis techniques of the commercial finite element analysis code, NISA, structural analyses of the Edwards MIRA mechanical heart valve are performed for the slight variation of leaflet thickness to get the elastic strains occurring in the leaflet while the high blood fluid pressures are applied to the leaflet surface in order that the maximum stress occurring in the leaflet may be less than the yield stress of the leaflet material(Si-Alloyed PyC). And so, only the geometric non-linearity is assumed because large geometric nonlinear elastic strains are expected rather than material nonlinear strains due to the applied high blood pressure. Computed linear and nonlinear elastic strains are compared to make sure the non-linearity of the computed elastic strain. The comparison result shows that large elastic strains occur clearly in the very thin leaflets as high blood pressures are applied. However, only the linear elastic strains occur for low blood pressures, and also for thick leaflets even for the high blood pressures. Hence the nonlinear structural analysis is very required in the structural design of a mechanical heart valve.
In this study, the behavioral characteristics of the fill dam were analyzed during water level fluctuations through a numerical analysis model, and the reservoir safety management plan was prepared. The variation in plastic deviatoric strain, horizontal displacement, stress path, pore water pressure, etc., due to elevation of water level in the upper and lower sides of shell and core were analyzed using numerical analysis software, viz. GTS NX and LIQCA. The analysis results manifest that as the water level in the dam body increases rapidly, the pore water pressure and displacement also increase quickly. It was found that the elevation of the water level causes an increase in pore water pressure in the dam body as well as an increase in the saturation of the dam body and decreased effective stress. It is considered that this type of dam behavior can be the cause of the reduction of strength and stiffness of the dam. Also, it is assumed that the accumulated plastic deviatoric strain due to the deformation of the dam body caused by water infiltration causes an increase in displacement. Based on these experimental results and the results of analyses of the existing reservoir safety diagnosis techniques, an improvement plan for dam safety diagnosis and evaluation criteria was proposed, and these results can be used as primary data while revising dam safety diagnosis guidelines.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.12
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pp.1441-1446
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2014
In the present paper, the effects of the thickness and width of a curved wide-plate, the crack length, and the strain hardening exponent on the crack-tip constraint of the curved wide-plate were investigated. To accomplish this, detailed three-dimensional elastic-plastic finite element (FE) analyses were performed considering various geometric and material variables. The material was characterized by the Ramberg-Osgood relationship, and the Q-stress was employed as a crack-tip constraint parameter. Based on the present FE results, the variations in the Q-stress of the curved wide-plate with the geometric variables and material properties were evaluated. This revealed that the effect of out-of-plane constraint conditions on the crack-tip constraint was closely related to the in-plane constraint conditions, and out-of-plane constraint conditions affected the crack-tip constraint more than in-plane constraint conditions.
Journal of the korean academy of Pediatric Dentistry
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v.36
no.2
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pp.189-198
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2009
As a part of an effort to minimize the polymerization shrinkage which is considered to be a major cause of failed bonds to tooth, newly designed 'Double LED system' was tested in the present study. Analyses were performed on the pattern of micro-leakage and the changes of strain which have occurred during the polymerization process. The results can be summarized as follows: 1. In the strain change, dramatic increase was observed with initiation of polymerization which was followed by subsequent gradual decrease with elapse of time in both the single LED system and double LED system. 2. The single LED system were shown to develop and maintain the maximum stress more than double LED system(p<0.05). 3. Less micro-leakage was found in the double LED system than in the single LED system(p<0.05). From the above-mentioned results, the double LED system can be a very useful tool in a sense of reducing polymerization shrinkage when compared to the single LED system. However, practical problems such as size of curing unit and its application method with its light intensity should be solved before its clinical application.
Kim, Kun-Soo;Park, Ki-Tae;Woo, Tae-Ryeon;Kim, Jaehwan
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.6
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pp.39-46
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2022
As the limit state design method is applied as the design method of reinforced concrete structure, the ultimate state is considered when analyses or designing. In fact, when the reinforced concrete member is bent, there is a confining effect by stirrup, but the material curve of unconfined concretes applied when designing. In this study, to evaluate the suitability of the confined concrete model for flexural members, a 4-point bending test was conducted on RC simple beam with a double-reinforced rectangular cross-section, and the behavior of the member after yield was analyzed in detail using image processing method. For detailed analysis, the DIC method was adopted as an image analysis method, and the validity of DIC method was verified by comparing the measurement results with the LVDT. The distribution of the strain on the concrete surface calculated as a result of the DIC method could be obtained, and the average strain distribution of the cross-section was calculated. Using the average strain distribution, the stress distribution applied existing confined concrete model as a material curve could be derived. Through the comparison of the experimental results and the existing model application results, the suitability of the confined concrete model for RC flexural members having a rectangular cross-section was evaluated.
Kim, Sung-Hee;Jung, Gyoung-Ja;Jeong, Sang-Seom;Jeon, Young-Jin;Kim, Jeong-Sub;Lee, Cheol-Ju
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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v.18
no.7
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pp.37-47
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2017
In this study, a series of full-scale field tests on prebored and precast steel pipe piles and the corresponding numerical analysis have been conducted in order to study the characteristics of pile load-settlement relations and shear stress transfer at the pile-soil interface. Dynamic pile load tests (EOID and restrike) have been performed on the piles and the estimated design pile loads from EOID and restrike tests were analysed. Class-A type numerical analyses conducted prior to the pile loading tests were 56~105%, 65~121% and 38~142% respectively of those obtained from static load tests. In addition, design loads estimated from the restrike tests indicate increases of 12~60% compared to those estimated in the EOID tests. The EOID tests show large end bearing capacity while the restrike tests demonstrate increased skin friction. When impact energy is insufficient during the restrike tests, the end bearing capacity may be underestimated. It has been found that total pile capacity would be reasonably estimated if skin friction from the restrike tests and end bearing capacity from the EOID are combined. The load-settlement relation measured from the static pile load tests and estimated from the numerical modelling is in general agreement until yielding occurs, after which results from the numerical analyses substantially deviated away from those obtained from the static load tests. The measured pile behaviour from the static load tests shows somewhat similar behaviour of perfectly-elastic plastic materials after yielding with a small increase in the pile load, while the numerical analyses demonstrates a gradual increase in the pile load associated with strain hardening approaching ultimate pile load. It has been discussed that the load-settlement relation mainly depends upon the stiffness of the ground, whilst the shear transfer mechanism depends on shear strength parameters.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.14
no.6
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pp.1405-1415
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1994
The soil on the behavior of the nonlinear elastic work-hardening plasticity has a variety of stress paths due to the state of soil and the test conditions. The soil with a specific volume ${\upsilon}$ in principal stress space (${\sigma}_1$, ${\sigma}_2$, ${\sigma}_3$, and ${\upsilon}$v) displays the shape of an irregular hexagonal pyramid with an end cap. With variations of ${\upsilon}$ the size of the cap is changed but its shape remains unchanged and the movement of the cap is controlled by the increase or decrease of the plastic volumetric strain. By reflecting such a property of soil various cap models have been developed by researchers. In this thesis, a constitutive model of soil with a combination of the nonlinear elastic work-hardening plastic cap and the failure surfaces of Mohr-Coulomb (M-C cap model) has been developed. According to the the results of analyses using the work-hardening plastic cap model, the normally consolidated soil under shearing has experienced the work-hardening and plastic flow (movement of the cap). But in the shearing of the overconsolidated soil the elastic behavior is shown until the stress path has reached the failure surface and the cap does not move.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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