A study of the damage evolution laws for ductile materials was carried out to predict the ductile fracture behavior of a marine structural steel (EH36). We conducted proportional and non-proportional stress tests in the experiments. The existing 3-D fracture strain surface was newly calibrated using two fracture parameters: the average stress triaxiality and average normalized load angle taken from the proportional tests. Linear and non-linear damage evolution models were taken into account in this study. A damage exponent of 3.0 for the non-linear damage model was determined based on a simple optimization technique, for which proportional and non-proportional stress tests were simultaneously used. We verified the validity of the three fracture models: the newly calibrated fracture strain model, linear damage evolution model, and non-linear damage evolution model for the tensile tests of the asymmetric notch specimens. Because the stress evolution pattern for the verification tests remained at mode I in terms of the linear elastic fracture mechanics, the three models did not show significant differences in their fracture initiation predictions.
Cho Sung Ho;Jeon Kyung Soo;Li Seon Yeob;Cho Yong Bum;Kho Young Tei
Journal of the Korean Institute of Gas
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v.2
no.1
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pp.23-27
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1998
To protect the underground pipeline from the mechanical damage and to enhance the cathodic protection effect, the river sand has been backfilled traditionally around the buried pipeline. However, river sand became depleted and expensive. One has to seek for the economic alternative materials. Crashed stone is a good candidate for the backfill material. In this study, how much the particle size and shape of the crashed stone can effect on the gas pipeline coating was examined. A series of laboratory and field test was performed. In the Lab, the increasing loads were applied to the coated pipeline surrounded by the crashed stone, where no significant damage was observed.
Mathematical modeling on the corrosion of the steel casing and main pipe due to the protection current resulting from a cathodic protection system was carried out using boundary element method. The model is consisted of Laplace's equation with non-linear boundary conditions(Tafel equations) and the iterative technique to determine the miexed potential of the steel casing. The model is applied to the normal steel casing section as well as abnormal one with defects such as metal touch and insulation defects. From the modeling procedure, we can calculate the potential distributions and current density distributions of the system. The theoretical results of the qualitatiive corrosion aspect along the steel casing and main pipe agree well with the experimental results within the experimental conditions studied.
Catastrophe risk models require the damage functions of each vulnerable item in inventory to estimate volcanic ash losses. The damage functions are used to represent the relation between damage factors and damage and also widely used in engineering and natural hazard studies to calculate the vulnerability. In most cases, damage functions are constructed as fragility or vulnerability curves, and researchers are confused by the similarities between them particularly when they perform interdisciplinary research. Thus, we aim to explain the similarities and differences between fragility and vulnerability curves and their relationship by providing case studies to construct them. In addition, we suggest a simple method to construct the damage functions between damage ratio and volcanic ash thickness using limited damage data. This study comes from the fact that damage functions are generally constructed using damage data. However, there is no available volcanic ash damage data in Korea, and not even enough volcanic disaster data to construct damage functions in the world, compared to other hazards. Using the method suggested in the study and the limited damage data from Japan and New Zealand, we construct Weibull-type functions or linear functions dependent of available data to calculate volcanic ash loss estimation, which we think need to be corrected to make it more suitable for inventory characteristics and environmental conditions in Korea.
Park, Yeon Soo;Kang, Dae Hung;Oh, Jung Tae;Choi, Dong Ho;Oh, Back Man
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.14
no.5
s.60
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pp.613-625
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2002
This paper aimed to investigate the damage process of steel parts experiencing failure under strong repeated loading. Likewise, a damage index using various factors related to the damage was proposed. An analysis method for evaluating the damage state was also developed. The damage assessment method focused on the local strain history at the cross-section of the heaviest concentration of deformation. Cantilever-type steel parts were analyzed under uniaxial load combined with a constant axial load, considering horizontal displacement history, Loading patterns and steel types were considered as the main parameters in analyzing the models. The effects of the parameters on the failure modes, deformation capacity, and damage process as seen from the analysis results were also discussed. Each failure process was compared as steel types. In addition, the failure of steel parts under strong repeated loading was determined according to loading. Results revealed that the state of the failure is closely related to the local plastic strain.
Fixed connection is generally used for beam and column connections of concrete structures, but significant damages at the connection due to severe earthquakes have been reported. In order to reduce damages of the connection and improve seismic performance of the connection, several innovative connections have been suggested. One newly proposed connection type allows a rotation of the connection for applications in rotating or rocking beams, columns, and shear walls. Such structural elements would provide a nonlinear lateral force-displacement response since their contact depth developed during rotation is gradually reduced and the stress across the sections of the elements is non-linearly distributed around a contact area, which is called an elastic hinge region in the present study. The purpose of the present study is to define the elastic hinge region or length for the rocking columns, through investigating the cross-sectional stress distribution during their lateral behavior. Performing a finite element analysis (FEA), several parameters are considered including axial load levels (5% and 10% of nominal strength), different boundary conditions (confined-ends and cantilever types), and slenderness ratios (length/depth = 5, 7, 10). The FEA results showed that the elastic hinge length does not directly depend on the parameters considered, but it is governed by a contact depth only. The elastic hinge length started to develop after an opening state and increased non-linearly until a rocking point(pre-rocking). However, the length did not increase any more after the rocking point (post-rocking) and remained as a constant value. Half space model predicting the elastic hinge length is adapted and the results are compared with the numerical results.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2010.04a
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pp.404-407
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2010
본 논문에서는 비선형 동적 해석 프로그램인 AUTODYN을 이용해 기둥의 단면 형상의 변화에 따른 폭발 하중의 영향을 분석하였다. 먼저 폭발하중 산정의 타당성을 확인하기 위해 AUTODYN을 이용한 예제해석을 수행하였으며, 폭발하중에 의한 영향을 가장 효율적으로 확인할 수 있는 인자인 압력을 비교하였다. 이를 토대로 기둥 형상에 따른 폭발 저항 성능을 평가하기 위해 같은 단면적과 높이를 갖는 정사각형과 원형 기둥을 모델링 한 후 TNT의 양에 따른 폭발전후의 부피를 비교하였다. 해석결과를 비교해보면 정사각형기둥이 원형기둥보다 폭발에 대한 손상정도는 더 크지만 기둥이 절단되지 않도록 하는 저항성능이 더 우수한 것을 확인할 수 있었다. 비록 철근의 영향을 고려하지 않았지만, 이와 같은 결과를 통해 TNT의 양에 따른 기본적인 폭발거동과 대테러 설계를 위한 기둥 단면 선택시 기초적인 자료로 활용가능 할 것으로 사료된다.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.35
no.2
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pp.73-82
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2022
The study presents a three-dimensional approach to simulate the nonlinear behavior of a 72 m long Ultra High Performance Fiber Reinforced Concrete (UHPFRC) pre-stressed box girder for a pedestrian bridge in Busan, South Korea. The concrete damage plasticity (CDP) model is adopted to model the non-linear behavior of the UHPFRC material, in which the material properties are obtained from uniaxial compressive and tensile tests. The simulation model based on the proposed stress-strain curve is validated by the results of four-point bending model tests of a 50 m UHPFRC pre-stressed box girder. The results from the simulation models agree with the experimental observations and predict the flexural behavior of the 50 m UHPFRC pre-stressed box girder accurately. Afterward, the validated model is utilized to investigate the flexural behavior of the 72 m UHPFRC pre-stressed box girder. Here, the load-deflection curve, stress status of the girder at various load levels, and connection details is analyzed. The load-deflection curve is also compared with design load to demonstrate the great benefit of the slender UHPFRC box girder. The obtained results demonstrate the applicability of the nonlinear finite element method as an appropriate option to analyze the flexural behavior of pre-stressed long-span girders.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.21
no.11
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pp.771-776
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2020
In this study, the flexural/shear behavior characteristics of perfobond FRP-concrete composite beams using an FRP plate with perforated webs as formwork and reinforcement are analyzed through an analytical method. Compared with the existing experimental results, we have proved its usefulness and use it in future practice. When the nonlinearity is very large in this case, the nonlinear finite element analysis by an explicit method will be effective. The concrete damage plasticity (CDP) model adopted in this study is considered to be able to adequately simulate the nonlinear behavior of concrete, and the determination of several variable factors required in the model is compared with the experimental results and values used in the study. This recommendation will require review and adjustment for more diverse cases. The effect of the perfobond of the composite beam with perforated web is considered to be somewhat effective in terms of securing the initial stiffness, but in the case of the apex, it is considered that the cross-sectional loss and the effect of improving the bonding force should be properly arranged. The contact problem, such as slipping of the FRP plate and concrete, is considered to be one of the reasons that the initial stiffness is slightly larger than the test result, and the slightly difference from the experimental results is attributed to the separation problem between concrete and FRP after the peak.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.3
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pp.301-307
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2015
A bond-based peridynamic model has been shown to be capable of analyzing many of dynamic brittle fracture phenomena. However, there have been issued limitations on handling constitutive models of various materials. Especially, it assumes bonds act independently of each other, so that Poisson's ratio for 3D model is fixed as 1/4 as well as taking only account the bond stretching results in a volume change not a shear change. In this paper a state-based peridynamic model of dynamic brittle fracture is presented. The state-based peridynamic model is a generalized peridynamic model that is able to directly use a constitutive model from the standard theory. It permits the response of a material at a point to depend collectively on the deformation of all bonds connected to the point. Thus, the volume and shear changes of the material can be reproduced by the state-based peridynamic theory. For a linearly elastic solid, a plane stress model is introduced and the damage model suitable for the state-based peridynamic model is discussed. Through a convergence study under decreasing the peridynamic nonlocal region($\delta$-convergence), the dynamic fracture model is verified. It is also shown that the state-based peridynamic model is reliable for modeling dynamic crack propagatoin.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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