Reliable estimation of compressive as well as tensile in-situ stresses is critical in the design and analysis of underground structures and openings in rocks. Kaiser effect technique, which uses acoustic emission from rock specimens under cyclic load, is well established for the estimation of in-situ compressive stresses. This paper investigates the Kaiser effect on marble specimens under cyclic uniaxial compressive as well as cyclic uniaxial tensile conditions. The tensile behavior was studied by means of Brazilian tests. Each specimen was tested by applying the load in four loading cycles having magnitudes of 40%, 60%, 80% and 100% of the peak stress. The experimental results confirm the presence of Kaiser effect in marble specimens under both compressive and tensile loading conditions. Kaiser effect was found to be more dominant in the first two loading cycles and started disappearing as the applied stress approached the peak stress, where felicity effect became dominant instead. This behavior was observed to be consistent under both compressive and tensile loading conditions and can be applied for the estimation of in-situ rock stresses as a function of peak rock stress. At a micromechanical level, Kaiser effect is evident when the pre-existing stress is smaller than the crack damage stress and ambiguous when pre-existing stress exceeds the crack damage stress. Upon reaching the crack damage stress, the cracks begin to propagate and coalesce in an unstable manner. Hence acoustic emission observations through Kaiser effect analysis can help to estimate the crack damage stresses reliably thereby improving the efficiency of design parameters.
The damage in concrete structures generally starts with microcracking and thus it is important to find and explore these microcracks in concrete in order to ensure appropriate safety and serviceability. The purpose of the present study is to identify the damage characteristics of concrete structures due to cracking by employing the acoustic emission techniques. A comprehensive experimental study has been done. The cracking damage under tensile and flexural loadings have been identified and the bond damage between steel and concrete have been also characterized. It is seen that the amplitudes and energy level of Acoustic Emission(AE) events are found to be relatively small for bond cracking damages and large for tensile cracking damages. The characteristic equations of the AE events for various cracking damages have been proposed based on the present test data. The internal microcracks are progressively developed ahead of a visible actual crack and the present study clearly exhibits these damage mechanism for various types of cracking in concrete. The present study provides useful data which can be used to identify the various types of cracking damages in concrete structures. This will allow efficient maintenance of concrete structures through monitoring of internal cracking based on acoustic emission.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.23
no.11
s.170
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pp.1970-1981
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1999
The low-cycle fatigue behaviour of a SiC-particulate-reinforced Al-Si cast alloy with two different volume fractions has been investigated from a series of strain-control led fatigue tests with zero and nonzero tensile mean strains. The composites including the unreinforced matrix alloy, exhibited cyclic hardening behaviour, with more pronounced strain-hardening for the composites with a higher volume fraction of the SiC particles. For the tensile mean strain tests, the initial high tensile mean stress relaxed to zero for the ductile Al-Si alloy, resulting in no influence of the tensile mean strain on the fatigue life of the matrix alloy. However, tensile mean strain for the composite caused tensile mean stresses and reduced fatigue life. The pronounced effects of mean strain on the low-cycle fatigue life of the composite compared to the unreinforced matrix alloy were attributed to the initial large prestrain and non-relaxing high tensile mean stress in the composite with very limited ductility and Cyclic plasticity. Fatigue damage parameter using strain energy, density efficiently accounted for the mean stress effects. Predicted fatigue life using the damage parameter correlated fairly well with the experimental life within a factor of 3. Also, the fatigue damage parameter indicated the inferior life in the low-cycle regime and superior life in the high-cycle regime for the composite, compared to the unreinforced matrix alloy.
A constitutive model unifying plasticity and crack damage mode)s was developed to address the cyclic behavior of reinforced concrete planar members. The stress of concrete in tension-compression was conceptually defined by the sum of the compressive stress developed by the strut-action of concrete and the tensile stresses developed by tensile cracking. The plasticity model with multiple failure criteria was used to describe the isotropic damage of compressive crushing affected by the anisotropic damage of tensile cracking. The concepts of the multiple fixed crack damage model and the plastic flow model of tensile cracking were used to describe the tensile stress-strain relationship of multi-directional cracks. This unified model can describe the behavioral characteristics of reinforced concrete in cyclic tension-compression conditions, i.e. multiple tensile crack orientations, progressively rotating crack damage, and compressive crushing of concrete. The proposed constitutive model was implemented to finite element analysis, and it was verified by comparison with existing experimental results from reinforced concrete shear panels and walls under cyclic load conditions.
This paper aims to simulate the isotropic elastic damage theory of Liu Jun (2012) using the self-programmed UMAT subroutine in the interface of ABAQUS. Liu Jun (2012)'s method based on the mechanic theory can not be used interactively with the currently commonly used finite element software ABAQUS. The advantage of this method in the paper is that it can interact with ABAQUS and provide a constitutive program framework that can be modified according to user need. The model retains the two scalar damage variables and the corresponding two energy dissipation mechanisms and damage criteria for considering the tensile and compressive asymmetry of concrete. Taking C45 concrete as an example, the relevant damage evolution parameters of its tensile and compressive constitutive model are given. The study demonstrates that the uniaxial tensile stress calculated by the subroutine is almost the same as the Chinese Concrete Design Specification (GB50010) before the peak stress, but ends soon after the peak stress. The stress-strain curve of uniaxial compression calculated by the subroutine is in good agreement with the peak stress in Chinese Concrete Design Specification (GB50010), but there is a certain deviation in the descending stage. In addition, this paper uses the newly compiled subroutine to simulate the shear bearing capacity of the shear key in a new structural system, namely the open-web sandwich slab. The results show that the damage constitutive subroutine has certain reliability.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.8
no.2
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pp.80-85
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1999
The purpose of this work is to investigate fatigue damage of quasi-isotropic laminates under tensile loading in different directions. Low cycle fatigue tests of [0/-60/+60]a laminates and [+30/-30/90]s lamina tes were carried out. Material systems used are AS4/Epoxy and AS4/PEEK. The fatigue damage of [+30/-30/90]s is very different from that of [0/-60/+60]s. The position of delamination generated at AS4/Epoxy and AS$/PEEK laminates were differentiated by the matrix difference that is, we suppose, the value of both GIcr(critical energy release rate of mode-I) and GIIIcr(critical energy release rate of mode-III) difference.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2002.10a
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pp.118-121
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2002
Polyvinylidene di-fluoride (PVDF) film sensor appeared to be practically useful for the structural health monitoring of composite materials and structures. PVDF film sensors were either attached to or embedded in the graphite/epoxy composite (CFRP) samples to detect the fatigue damage at the bondline of single-lap joints or the tensile failure of unidirectional laminates. PVDF sensors were sensitive enough to detect and determine the crack front in linear location since composites usually produce very energetic acoustic emission (AE). PVDF sensors are extremely cost-effective, as flexible as other plastic films, in low profile as thin as a few tens of microns, and have relatively wide-band response, all of which characteristics are readily utilized for the structural health monitoring of composite structures. Signals due to fatigue damage showed a characteristics of mode II (shear) type failure whereas those from fiber breakage at DEN notches showed that of mode I (tensile) type fracture.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2006.04a
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pp.914-921
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2006
To describe the effect of the numerous and various oriented microcracks on the compressive and tensile concrete behaviors, the directional nonlocality is defined. The plasticity model using multiple failure criteria is developed for RC planar members in tension-compression. The crack damages are defined in the pre-determined reference orientations, and then the total crack damage is calculated by integrating multi-oriented crack damages. To describe the effect of directional nonlocality on the anisotropic tensile damage, based on the existing test results, the nonlocal damage factor is defined in each reference orientation. The reduced compressive strength in the cracked concrete is defined by the multi-oriented crack damages defined as excluding the tensile normal plastic strain from the compressive equivalent plastic strain. The proposed model is implemented to finite element analysis, and it is verified by comparisons with various existing panel test results.
The feasibility of the acoustic emission technique in predicting the residual fatigue life of STS304 stainless steel is presented. Acoustic emission was continuously monitored during the fatigue tests. Considerable acoustic emission occurred during the first few cycles. Acoustic Emission increased rapidly at about 90% of the fatigue life, clear and ample warning of impending fatigue failure was observed. Fatigue damage accumulation was evaluated in terms of an AE cumulative counts. The AE cumulative counts may be taken as an indicator of fatigue cumulative damage. Fatigue damages corresponding to 20, 40, 60 and 80% of the total life were induced at a cyclic stress amplitude. The specimens with and without fatigue damage were subjected to tensile tests. In tensile tests, the total cumulative counts were reduced with increasing fatigue damage. It was observed that the residual tensile strength of material did not change significantly with prior cyclic loading damages.
The purpose of this work is to investigate fatigue damage of quasi-isotropic laminates under tensile loading in different directions. Low cycle fatigue tests of $[0/-60/60]_s$ laminates and $[30/-30/90]_s$ laminates were carried out. Material systems used are AS4/Epoxy and AS4/PEEK. The fatigue damage of $[30/-30/90]_s$ is very different from that of $[0/-60/60]_s$. The experimental results are compared with the result obtained from the method for determining strain energy release rate components proposed by the authors. The analytical results were in good agreement with the experimental results. It is proved that the failure criterion based on the strain energy release rate is an appropriate approach to predict the initiation and growth of delaminations under cyclic loading.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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