Experimental and discrete element methods were used to investigate the effects of echelon non-persistent joint on the failure behaviour of joint's bridge area under uniaxial compressive test. Concrete samples with dimension of 150 mm×100 mm×50 mm were prepared. Uniaxial compressive strength and tensile strength of concrete were 14 MPa and 1MPa, respectivly. Within the specimen, three echelon non-persistent notches were provided. These joints were distributed on the three diagonal plane. the angle of diagonal plane related to horizontal axis were 15°, 30° and 45°. The angle of joints related to diagonal plane were 30°, 45°, 60°. Totally, 9 different configuration systems were prepared for non-persistent joint. In these configurations, the length of joints were taken as 2 cm. Similar to those for joints configuration systems in the experimental tests, 9 models with different echelon non-persistent joint were prepared in numerical model. The axial load was applied to the model by rate of 0.05 mm/min. the results show that the failure process was mostly governed by both of the non-persistent joint angle and diagonal plane angle. The compressive strengths of the specimens were related to the fracture pattern and failure mechanism of the discontinuities. It was shown that the shear behaviour of discontinuities is related to the number of the induced tensile cracks which are increased by increasing the joint angle. The strength of samples increase by increasing both of the joint angle and diagonal plane angle. The failure pattern and failure strength are similar in both methods i.e. the experimental testing and the numerical simulation methods.
The two, NBD and SCB tests using gypsum circular discs each containing a single notch have been experimentally accomplished in a rock mechanics laboratory. These specimens have also been numerically modelled by a two-dimensional particle flow which is based on Discrete Element Method (DEM). Each testing specimen had a thickness of 5 cm with 10 cm in diameter. The specimens' lengths varied as 2, 3, and 4 cm; and the specimens' notch angles varied as 0°, 45° and 90°. Similar semi-circular gypsum specimens were also prepared each contained one edge notch with angles 0° or 45°. The uniaxial testing machine was used to perform the experimental tests for both NBD and SCB gypsum specimens. At the same time, the numerical simulation of these tests were performed by PFC2D. The experimental results showed that the failure mechanism of rocks is mainly affected by the orientations of joints with respect to the loading directions. The failure mechanism and fracturing patterns of the gypsum specimens are directly related to the final failure loading. It has been shown that the number of induced tensile cracks showing the specimens' tensile behavior, and increases by decreasing the length and angle of joints. It should be noted that the fracture toughness of rocks' specimens obtained by NBD tests was higher than that of the SCB tests. The fracture toughness of rocks usually increases with the increasing of joints' angles but increasing the joints' lengths do not change the fracture toughness. The numerical solutions and the experimental results for both NDB and SCB tests give nearly similar fracture patterns during the loading process.
Experimental and discrete element methods were used to investigate the effects of triple joints lengths and triple joint angle on the failure behavior of rock mass under uniaxial compressive test. Concrete samples with dimension of 20 cm × 20 cm × 5 cm were prepared. Within the specimen, three imbedded joint were provided. The joint lengths were 2 cm, 4cm and 6 cm. In constant joint lengths, the angle between middle joint and other joints were 30°, 60°, 90°, 120° and 150°. Totally 15 different models were tested under compression test. The axial load rate on the model was 0.05 mm/min. Concurrent with experimental tests, the models containing triple joints, length and joint angle are similar to the experiments, were numerical by Particle flow code in two dimensions (PFC2D). Loading rate in numerical modelling was 0.05 mm/min. Tensile strength of material was 1 MPa. The results show that the failure behaviors of rock samples containing triple joints were governed by both of the angle and the length of the triple joints. The uniaxial compressive strengths (UCS) of the specimens were related to the fracture pattern and failure mechanism of the discontinuities. Furthermore, it was shown that the compressive behavior of discontinuities is related to the number of the induced tensile cracks which are increased by decreasing the joint length. Along with the damage failure of the samples, the acoustic emission (AE) activities are excited. There were only a few AE hits in the initial stage of loading, then AE hits rapidly grow before the applied stress reached its peak. In addition, every stress drop was accompanied by a large number of AE hits. Finally, the failure pattern and failure strength are similar in both methods i.e., the experimental testing and the numerical simulation methods.
The Journal of the Convergence on Culture Technology
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v.8
no.6
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pp.727-732
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2022
Applying the calculated cross-sectional reduction due to the corroded rebar investigated in the field to the numerical analysis model, the damage pattern and delamination of concrete in the field showed a tendency relatively similar to the numerical analysis results. It was analyzed that when the expansion pressure due to corrosion of the reinforcing bar is greater than the tensile stress of the concrete, cracks are generated and the concrete cover can be fracture. As a result of this study, the correlation between the corrosion rate of reinforcing bars and the crack occurrence of the concrete cover of the subway box structure was verified based on the numerical analysis and field test results. To prevent rebar corrosion, the corrosion rate can be reduced by applying rust prevention to the reinforcing bar and changing the material. In the case of exposed to a corrosive environment, the tensile strength of the concrete is improved by adjusting the concrete compressive strength to secure durability against the expansion pressure caused by the corroded rebar.
Ultrasonic impact treatment (UIT) is carried out on the Ni-based alloy stainless steel pipe gas tungsten arc welding (GTAW) girth weld, the differences of microstructure, microhardness and shear strength distribution of the joint before and after ultrasonic shock are studied by microhardness test and shear punch test. The results show that after UIT, the plastic deformation layer is formed on the outside surface of the Ni-based alloy overlayer, single-phase austenite and γ type precipitates are formed in the overlayer, and a large number of columnar crystals are formed on the bottom side of the overlayer. The average microhardness of the overlayer increased from 221 H V to 254 H V by 14.9%, the shear strength increased from 696 MPa to 882 MPa with an increase of 26.7% and the transverse average residual stress decreased from 102.71 MPa (tensile stress) to -18.33 MPa (compressive stress), the longitudinal average residual stress decreased from 114.87 MPa (tensile stress) to -84.64 MPa (compressive stress). The fracture surface has been appeared obvious shear lip marks and a few dimples. The element migrates at the fusion boundary between the Ni-based alloy overlayer and the austenitic stainless steel joint, which is leaded to form a local martensite zone and appear hot cracks. The welded joint is cooled by FA solidification mode, which is forming a large number of late and skeleton ferrite phase with an average microhardness of 190 H V and no obvious change in shear strength. The base metal is all austenitic phase with an average microhardness of 206 H V and shear strength of 696 MPa.
Jinkun Sun;Rita Yi Man Li;Lindong Li;Chenxi Deng;Shuangshi Ma;Liyun Zeng
Advances in concrete construction
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v.15
no.5
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pp.333-348
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2023
Fast infrastructure development boosts the demand for shotcrete. Despite sand and stone being the most common coarse and fine aggregates for shotcrete, excessive exploration of these materials challenges the ecological environment. This study utilized an industrial solid waste, high-titanium heavy slag, blended with steel fibers to form Wet Shotcrete of Steel Fiber-reinforced High-Titanium Heavy Slag (WSSFHTHS). It investigated its workability, shotcrete performance and mechanical properties under different water-to-cement ratios, fly ash content, superplasticizer dosage, and steel fiber content. The tunnel excavation and support were investigated by conducting finite element numerical simulation analysis and was used in 3 tunnel lining pipes in Zhonggouwan tailing pond. The major findings are as follows: (1) The water-to-cement ratio (w/c ratio) significantly impacted the compressive strength of WSSFHTHS. The highest 28-day compressive strength of 60 MPa was achieved when the w/c ratio was 0.38; (2) Adding fly ash improved the workability and shotcrete performance and strength development of WSSFHTHS. The best anti-permeability performance was achieved when the fly ash constituted 15%, with the lowest permeability coefficient of 4.596 × 10-11 cm/s; (3) The optimum superplasticizer dosage for WSSFHTHS is 0.8%. It provided the best workability and shotcrete performance. Excessive dosage resulted in water bleeding and poor aggregate encapsulation, while insufficient dosage decreased flowability and adversely affected shotcrete performance; (4) The dosage of steel fibers significantly impacted the flexural and tensile strength of WSSFHTHS. When the steel fiber dosage was 45 kg/m3, the 28-day flexural and tensile strengths were 8.95 MPa and 6.15 MPa, respectively; (5) By integrating existing shotcrete techniques, the optimal lining thickness was 80 mm for WSSFHTHS per simulation. The results revealed that after using WSSFHTHS, the displacement of the tunnel surrounding the rock significantly improved, with no cracks or hollows, similar to the simulation results.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.2A
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pp.249-257
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2008
Various methods have been used to reinforce the cementitious material such as mortar and concrete that have weak tensile strength. Major reinforcing method is to mix matrix with fibers which have strong tensile strength. Recently, micro-fiber reinforced mortar has been studied which removes coarse aggregate and uses micro-fiber with small diameter in order to homogenize the matrix properties and maximize the performance of fiber. Performance of micro-fiber reinforced mortar showing multiple cracking behavior is hardly represented only by the flexural toughness. Therefore, This paper reports the cracking behavior as well as mechanical behavior for various mixtures which have different fiber type and mixture proportions to find the proper parameter representing the cracking characteristic. Correlations between flexural toughness and various cracking characteristics such as cracking area, width and number are explored. As a result, it is found that flexural toughness, volume of fiber and number of cracks are suitable for representing the characteristics of micro-fiber reinforced mortar.
Objective: To evaluate the biodurability of the covering material in retrievable metallic stents covered with polycarbonate polyurethane. Materials and Methods: Using a peristaltic pump at a constant rate of 1ml/min, bile was recirculated from a reservoir through a long tube containing four stents. Each of these was removed from the system every two weeks and a radial tensile strength test and scanning electron microscopy (SEM) were performed. Each stent, removed at 2, 4, 6 and 8 weeks, was compared with a control stent not exposed to bile juice. Results: Gross examination showed that stents were intact at 2 weeks, but at 4, 6 and 8 weeks cracks were observed. The size of these increased gradually in accordance with the duration of exposure, and at 8 weeks several large holes in the polyurethane membrane were evident. With regard to radial tensile strength, extension and peak load at break were 84.47% and 10.030 N/mm, 54.90% and 6.769 N/mm, 16.55% and 2.452 N/mm, 11.21% and 1.373 N/mm at 0, 2, 4 and 6 weeks, respectively. Scanning electron microscopy at 2 weeks revealed intermittent pitting and cracking, and examination at 4, 6 and 8 weeks showed that the size of these defects was gradually increasing. Conclusion: When the polyurethane membrane was exposed to bile, biodegradation was first observed at week two and increased gradually according to the duration of exposure.
Precipitation hardening nickel base alloys strengthened by intermetallic compounds are extensively used to manufacture on the components of the hot section of gas turbine engines. To ensure structural stability and maintenance of strength properties for a long time, nickel alloys are normally subjected to complex alloying with elements to form ${\gamma}'$(gamma prime). Such alloys have a limited weldability, are normally welded in high temperature. However, laser welding have a merit that applies in room temperature as easy control of welding parameter and heat input. In this study, $CO_2$ laser welding is applied on STS304 plate with good ductility and precipitation hardening nickel base alloy (GTD111DS) used blade material. Also, several welding parameters are applied on powder, power and travel speed. There are no cracks in Rene 80 and IN 625 powder when STS304 plate is used. But IN 625 powder has no cracks and Rene 80 have some cracks in welds with GTD111DS substrate. Adjusting of welding parameter is tried to apply Rene 80 having a good strength compare to IN 625. In the result of adjusted welding parameter, optimized welding parameters are set with low power, low feed rate and high welding speed. Tensile strength of GTD111DS substrate with Rene 80 powder is same and over than the one of base metal in room temp and high temp($760^{\circ}C$).
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.24
no.3
s.192
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pp.91-99
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2007
Fractures of galvannealed coating layer during actual press forming in automotive applications were observed by scanning electron microscopy in order to understand fracture mechanism. Fracture behaviors of galvannealed coating layer in extra deep drawing quality steels and high strength steels have been studied by performing the tests describing the representative plastic deformation in sheet metal forming such as uni-axial tensile test, compression test, bi-axial test and plane strain test. Growth and direction of cracks were deeply related to the plastic deformation modes and history. The material properties of galvannealed coating layer were investigated by nano-indentation test equipped with Berkovich diamond indentor for the specimens. Hardness and elastic modulus of the coating layer were higher than bared steels and that was the reason for crack of coating layer. Flat friction test and drawbead friction test were performed to observe the effect of the surface morphology on the frictional characteristics. The micro-plasto hydrodynamic lubrication were appeared and played an important role in reducing the coefficient of friction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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