1D sand compression response to ko-loading experiences volume contraction from low to high effective stress regimes. Previous study suggested compressibility model with physically correct asymptotic void ratios at low and high stress levels and examined only for both remolded clays and natural clays. This study extends the validity of Enhanced Terzaghi model for different sand types complied from 1D compression data. The model involved with four parameters can adequately fit 1D sand compression data for a wide stress range. The low stress obtained from fitting parameters helps to identify the initial fabric conditions. In addition, strong correlation between compressibility and the void ratio at low stress facilitates determination of self-consistent fitting parameters. The computed tangent constrained modulus can capture monotonic stiffening effect induced by an increase in effective stress. The magnitude of tangent stiffness during large strain test should not be associated with small strain stiffness values. The use of a single continuous function to capture 1D stress-strain sand response to ko-loading can improve numerical efficiency and systematically quantify the yield stress instead of ad hoc methods.
Angel, Olivia;Rothwell, Glynn;English, Russell;Ren, James;Cummings, Andrew
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.9
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pp.3205-3214
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2022
The aim of this study is to provide a clear and accessible method to obtain accurate true-stress strain data, and to extend the limited material data beyond the ultimate tensile strength (UTS) for AISI 304L. AISI 304L is used for the outer construction for some types of nuclear transport packages, due to its post-yield ductility and high failure strain. Material data for AISI 304L beyond UTS is limited throughout literature. 3D digital image correlation (DIC) was used during a series of uniaxial tensile experiments. Direct method extracted data such as true strain and instantaneous cross-sectional area throughout testing such that the true stress-strain response of the material up to failure could be created. Post processing of the DIC data has a considerable effect on the accuracy of the true stress-strain data produced. Influence of subset size and smoothing of data was investigated by using finite element analysis to inverse model the force displacement response in order to determine the true stress strain curve. The FE force displacement response was iteratively adapted, using subset size and smoothing of the DIC data. Results were validated by matching the force displacement response for the FE model and the experimental force displacement curve.
This paper introduces a novel method to quantify the morphological evolution of the strain response envelope. The strain response envelope is defined as an image in strain increment space corresponding to the unit stress input in stress space. Based on the shape of strain response envelopes, the deformation characteristics of soils can be described using the framework of elastic-plastic theory. Fourier descriptor analysis was used to investigate the morphological characteristics of strain response envelopes. The numerical results show that when the stress input remains in the initial yield surface the Fourier descriptors remain constant. Once the stress input crosses the initial yield surface, every descriptors deals in this study change. Numerical and experimental results of this study show that clear yielding response is only found in natural block samples. Among the Fourier descriptors, the descriptor called as asymmetry is the best for detecting the yield and is minimally sensitive to the number of input stress paths.
Stress-strain responses of weak-to-strong carbonate rocks used for tunnel construction were studied. The analysis of applicability of exponential stress-strain models based on Haldane's distribution function is presented. It is revealed that these exponential equations presented in transformed forms allow us to predict stress-strain relationships over the whole pre-failure strain range without mechanical testing of rock samples under compression using a press machine and to avoid measurements of axial failure strains for which relatively large values of compressive stress are required. In this study, only one point measurement (small strain at small stress) using indentation test and uniaxial compressive strength determined by a standard Schmidt hammer are considered as input parameters to predict stress-strain response from zero strain/zero stress up to failure. Observations show good predictive capabilities of transformed stress-stress models for weak-to-strong (${\sigma}_c$ <100 MPa) heterogeneous carbonate rocks exhibiting small (< 0.5 %), intermediate (< 1 %) and large (> 1 %) axial strains.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2001.05a
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pp.921-926
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2001
In this paper the biaxial failure criteria and stress-strain response for plain concrete are studied under uniaxial and biaxial stress(compression-compression, compression-tension, and tension-tension combined stress). The concrete specimens of a square plate type are used for uniaxial and biaxial loading. The experimental data indicate that the strength of concrete under biaxial compression, f2/fl=-l/-1, is 17 percent larger than under uniaxial compression and the poisson's ratio of concrete is 0.1745. On the base of the results, a biaxial failure envelope for plain concrete that the uniaxial strength is 398kgf/$cm^{2}$ are developed. The biaxial failure behaviors for three biaxial loading areas are also plotted respectively. In addition, the characteristics of stress-strain response under biaxial compression are compared and verified with the experimental and analytical results.
Scaled brick masonry panels were tested under cyclic unialxial compression loading to evaluate its deformation characteristics. An envelope stress - strain curves, a common point curves and stability point curves were obtained for various cyclic test conditions. Loops of the stress-strain hysteresis were used to determine the energy dissipation for each cycle. Empirical expressions were proposed for the relations between energy dissipation and envelope and residual strains. These relations indicated that the decay of masonry strength starts at about two-third of peak stress.
The ratcheting and strain cyclic behaviour of joined conical-cylindrical shells under uniaxial strain controlled, uniaxial and multiaxial stress controlled cyclic loading are investigated in the paper. The elasto-plastic deformation of the structure is simulated using Chaboche non-linear kinematic hardening model in finite element package ANSYS 13.0. The stress-strain response near the joint of conical and cylindrical shell portions is discussed in detail. The effects of strain amplitude, mean stress, stress amplitude and temperature on ratcheting are investigated. Under strain symmetric cycling, the stress amplitude increases with the increase in imposed strain amplitude. Under imposed uniaxial/multiaxial stress cycling, ratcheting strain increases with the increasing mean/amplitude values of stress and temperature. The abrupt change in geometry at the joint results in local plastic deformation inducing large strain variations in the vicinity of the joint. The forcing frequency corresponding to peak axial ratcheting strain amplitude is significantly smaller than the frequency of first linear elastic axial vibration mode. The strains predicted from quasi static analysis are significantly smaller as compared to the peak strains from dynamic analysis.
Jeong, Hyun Joon;Kim, Jin Weon;Kim, Jong Sung;Koo, Gyeong Hoi
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.14
no.2
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pp.59-68
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2018
This study compares true stress-true strain curves obtained by tensile tests of various piping materials with bi-linear stress-strain approximation suggested in the JSME Code Case(CC) Draft, a guideline for piping seismic inelastic response analysis. Based on the comparisons, the reliability of the bi-linear approximation is evaluated. It is found that bi-linear stress-strain curve of TP316 stainless steel is in good agreement with its true stress-true strain curve. However, Bi-linear stress-strain curves of TP304 stainless steel and carbon steels determined by the approximation cannot appropriately estimate their stress-strain behavior. Accordingly new bi-linear approximations for carbon steels and low-alloy steels are proposed. The proposed bi-linear approximations for carbon and low-alloy steels, which include the temperature effect on strength and hardening of material, estimate their stress-strain behavior reasonably well.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.25
no.1
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pp.145-150
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2008
One of the unresolved questions in articular cartilage biomechanics is the magnitude of the dynamic modulus and tissue compressive strains under physiological loading conditions. The objective of this study was to characterize the dynamic modulus and compressive strain magnitudes of bovine articular cartilage at physiological compressive stress level and loading frequency. Four bovine calf shoulder joints (ages 2-4 months) were loaded in Instron testing system under load control, with a load amplitude up to 800 N and loading frequency of 1 Hz, resulting in peak engineering stress amplitude of ${\sim}5.8\;MPa$. The corresponding peak deformation of the articular layer reached ${\sim}27%$ of its thickness. The effective dynamic modulus determined from the slope of stress versus strain curve was ${\sim}23\;MPa$, and the phase angle difference between the applied stress and measured strain which is equivalent to the area of the hystresis loop in the stress-strain response was ${\sim}8.3^{\circ}$. These results are representative of the functional properties of articular cartilage in a physiological loading environment. This study provides novel experimental findings on the physiological strain magnitudes and dynamic modulus achieved in intact articular layers under cyclical loading conditions.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.12
no.8
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pp.147-155
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1995
Recent experimental studies have been shown that strain gages can be employed to determine either static or dynamic stress intensity factors $K_{I}$ wiht relatively simple experiments. However, it does not usually provide a reliable value of stress intensity factor because of local yielding and limited regions for strain gage placement at the vicinity of the crack tip. This paper attempted to define a valid region and to indicate procedures for locating and orienting the strain gage to determine static toughness $K_{Is}$ accurately form one strain gage readings with respect to varying loadings. The strain gage methods was used for compact tension specimens made of Polycarbonate and PMMA(polymethyl methacrylate). Series expansions of the static and dynamic strain fields are applied. Strain gage orientation and location are then studied to optimize the strain response. Especially, in the dynamic experiment, the specimen employed is an oversized Charpy V-notch specimen which has been modified to provide significant constraint with a large elevation of the flow stress. The impact behavior of the specimen is monitored by placing strain gage near the crack tip. The dynamic toughness $K_{Id}$ is determined from the strain time traces of this gage.e.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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