Existing microplane models for concrete use three-dimensional spherical microplanes in the analysis of two-dimensional planar members as well as three-dimensional members. Also, they do not accurately describe the post-cracking behavior of reinforced concrete in tension-compression. In this study, a new microplane model is developed to overcome the disadvantages of the existing models. Instead of the spherical microplanes, the proposed microplane model uses disk microplanes involving a less number of microplanes and two-dimensional stresses and strains. As the result, the proposed model is more effective in numerical calculations. Also, the concept of the strain boundary is introduced to describe accurately the compressive behavior of reinforced concrete with tensile cracks in tension-compression. The validity of the proposed model is verified by comparison with existing experiments. In this paper, the microplane model and the numerical techniques involved in the finite element analysis are described in detail.
Static loading test was performed on a composite girder with an I-shaped steel girder and SUPER concrete on the top of the steel in order to evaluate flexural behavior characteristics. Total length of the test specimen was 25m long and the depth was 786mm including compressive concrete section('casing' hereafter) with 80MPa strength. 4-point loading on simply-supported beam was applied up to 2,010kN. Results showed that yield strength at tensile steel was 2.7 times greater than service load and the ratio of ductility was 1.481. No cracks were found on the casing surface and the relative slip between different sections was insignificant.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.10
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pp.2122-2129
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2002
Creep damage using a reference stress(RS) was analyzed for type 316LN stainless steel. The generalized K-R equation was reconstructed into the RS equation using a critical stress value $\sigma$. The RS equation was derived from the critical stress in failure time $t_f$ instead of material damage parameter $\omega$, which indicates the critical condition of collapse or approach to gross instability of materials during creep. For obtaining the reference stress, a series of creep tests and tensile tests were conducted with at 55$0^{\circ}C$ and $600^{\circ}C$. The stress-time data obtained from creep tests were applied to the RS equations to characterize the creep damage of type 316LN stainless steel. The value of creep constant r with stress levels was about 18 at 55$0^{\circ}C$ and 21 at $600^{\circ}C$. This value was almost similar with r = 24 in the K-R equation, which was obtained by using damage parameter $\omega$. Relationship plots of creep failure strain and life fraction $(t_f /t_r)$ were also obtained with different λ values. The RS equation was therefore more convenient than the generalized K-R equation, because the measuring process to quantify the damage parameter $\omega$ such as voids or micro cracks in crept materials was omitted. The RS method can be easily used by designers and plant operator as a creep design tool.
Kim, Cheol-Woo;Kim, Young-Chan;Kim, Jung-Han;Cho, Jae-Ik;Oh, Min-Suk
Korean Journal of Metals and Materials
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v.56
no.11
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pp.805-812
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2018
High pressure die casting is one of the precision casting methods. It is highly productivity and suitable for manufacturing components with complex shapes and accurate dimensions. Recently, there has been increasing demand for efficient heat dissipation components, to control the heat generated by devices, which directly affects the efficiency and life of the product. Die cast aluminum alloys with high thermal conductivity are especially needed for this application. In this study, the influence of elements added to the die cast aluminum alloy on its thermal conductivity was evaluated. The results showed that Mn remarkably deteriorated the thermal conductivity of the aluminum alloy. When Cu content was increased, the tensile strength of cast aluminum alloy increased, showing 1 wt% of Cu ensured the minimum mechanical properties of the cast aluminum. As Si content increased, the flow length of the alloy proportionally increased. The flow length of aluminum alloy containing 2 wt% Si was about 85% of that of the ALDC12 alloy. A heat dissipation component was successfully fabricated using an optimized composition of Al-1 wt%Cu-0.6 wt%Fe-2 wt%Si die casting alloy without surface cracks, which were turned out as intergranular cracking originated from the solidification contraction of the alloy with Si composition lower than 2 wt%.
Sharath, S.;Gayana, B.C.;Reddy, Krishna R.;Chandar, K. Ram
Advances in concrete construction
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v.8
no.3
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pp.239-246
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2019
Substitution of natural fine aggregates with industrial by-products like precious slag balls (PS Balls) offers various advantages like technical, economic and environmental which are very important in the present era of sustainability in construction industry. PS balls are manufactured by subjecting steel slag to slag atomizing Technology (SAT) which imparts them the desirable characteristics of fine aggregates. The main objective of this research paper is to assess the feasibility of producing good quality concrete by using PS balls, to identify the potential benefits by their incorporation and to provide solution for increasing their utilization in concrete applications. The study investigates the effect of PS balls as partial replacement of fine aggregates in various percentages (20%, 40%, 60%, 80% and 100%) on mechanical properties of concrete such as compressive strength, splitting tensile strength, and flexural strength. The optimum mix was found to be at 40% replacement of PS balls with maximum strength of 62.89 MPa at 28 days curing. Permeability of concrete was performed and it resulted in a more durable concrete with replacement of PS balls at 40% and 100% as fine aggregates. These two specific values were considered as optimum replacement is 40% and also the maximum possible replacement is 100%. Scanning electron microscope (SEM) analysis was done and it was found that the PS balls in concrete were unaffected and with optimum percentage of PS balls as fine aggregates in concrete resulted in good strength and less cracks. Hence, it is possible to produce good workable concrete with low water to cement ratio and higher strength concrete by incorporating PS balls.
Flexible strain sensors, as the core member of the family of smart electronic devices, along with reasonable sensing range and sensitivity plus low cost, have rose a huge consumer market and also immense interests in fundamental studies and technological applications, especially in the field of biomimetic robots movement detection and human health condition monitoring. In this paper, we propose a new flexible strain sensor based on thick CVD graphene film and its low-cost fabrication strategy by using the commercial adhesive tape as flexible substrate. The tensile tests in a strain range of ~30% were implemented, and a gage factor of 30 was achieved under high strain condition. The optical microscopic observation with different strains showed the evolution of cracks in graphene film. Together with commonly used platelet overlap theory and percolation network theory for sensor resistance modeling, we established an overlap destructive resistance model to analyze the sensing mechanism of our devices, which fitted the experimental data very well. The finding of difference of fitting parameters in small and large strain ranges revealed the multiple stage feature of graphene crack evolution. The resistance fallback phenomenon due to the viscoelasticity of flexible substrate was analyzed. Our flexible strain sensor with low cost and simple fabrication process exhibits great potential for commercial applications.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.23
no.1
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pp.113-121
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2019
In this study, self - healing microcapsules which can be mixed directly with cement composites were prepared, and the quality and crack healing performance of cement composites with self - healing microcapsules were evaluated. In the past, it has been focused on evaluating self-healing capsules and crack healing properties. Therefore, self - healing microcapsules have been studied for their effect on the quality of cement composites when mixed with cement composites. The table flow and the air flow rate of the cement composite material mixed with self-healing microcapsules were found to have no significant influence on table flow and air volume regardless of mixing ratio. Compressive strength and splitting tensile strength tended to decrease with increasing capsule mixing ratio. As a result of evaluation of crack healing properties according to water flow, initial water permeability decreased, and reaction products were generated over time and cracks were healed.
Track-bridge interaction has become an essential part in the design of bridges and rails in terms of modern railways. As a unique ballastless slab track, the longitudinal continuous slab track (LCST) or referred to as the China railway track system Type-II (CRTS II) slab track, demonstrates a complex force mechanism. Therefore, a comprehensive track-bridge interaction study between multi-span simply supported beam bridges and the LCST is presented in this work. In specific, we have developed an integrated finite element model to investigate the overall interaction effects of the LCST-bridge system subjected to the actions of temperature changes, traffic loads, and braking forces. In that place, the deformation patterns of the track and bridge, and the distributions of longitudinal forces and the interfacial shear stress are studied. Our results show that the additional rail stress has been reduced under various loads and the rail's deformation has become much smoother after the transition of the two continuous structural layers of the LCST. However, the influence of the temperature difference of bridges is significant and cannot be ignored as this action can bend the bridge like the traffic load. The uniform temperature change causes the tensile stress of the concrete track structure and further induce cracks in them. Additionally, the influences of the friction coefficient of the sliding layer and the interfacial bond characteristics on the LCST's performance are discussed. The systematic study presented in this work may have some potential impacts on the understanding of the overall mechanical behavior of the LCST-bridge system.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.34
no.6
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pp.3-10
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2018
This paper described the shear strengthening effect by deviator location in pre-damaged reinforced concrete (RC) beams strengthened with externally post-tensioning steel rods. Three reinforced concrete beams as control beam and eight post-tensioned beams using external steel rods were tested to fail in shear. The externally post-tensioning material was a steel rod of 22 mm diameter, and it had a 655 MPa yield strength and an 805 MPa tensile strength. Specimens depend on multiple variables, such as the number of deviators, location of deviator, and load pattern. The pre-damaged loads up to about 2/3 of ultimate shear capacities were applied to specimens using displacement control and the diagonal shear crack just occurred at these loading levels. And then, the post-tensioning up to when a strain of steel rod reaches about $2000{\mu}{\varepsilon}$ was continuously applied to beam. A displacement control was changed to a load control during post-tensioning. The post-tensioning resulted in increase of load-carrying capacity and restoration of existing deflection. Also, it prevented the existing diagonal cracks from excessively growing. Two deviators effectively improved the load capacity when compared with in case of test which one deviator at mid-span installed. When deviators were located near region which the diagonal crack occurred on, the strengthening impact by post-tensioning was greater.
During the continuous casting of boron-bearing steel, the corner cracks on the slab are formed by deformation with low strain rate and rapid cooling at the unbending temperature within the range of 800- $1000^{\circ}C$. Especially, the rapid cooling in the corner of slab during the continuous casting leads to as corner cracking. Therefore, in this study, the hot tensile tests applied to the different cooling rates were taken into account in order to study the effect of cooling rate on the hot ductility of boron-bearing steel. The results revealed that increasing cooling rate deteriorate the hot ductility of boron- bearing steel. Rapid decreasing of the hot ductility is caused by formation of a film-like ferrite and precipitate at the austenite grain boundaries. The morphology of the precipitates in the boron-bearing steel was monitored by PTA (Particle Tracking Autoradiography) and TEM, we observed MnS and BN compound and their morphology was quite different depending on the cooling rates. When the cooling rate is increased, rodshape MnS and BN precipitates can be formed along the austenite grain boundaries. It can cause that weakening the boundary region and decreasing the hot ductility of boron-bearing steel.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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