This study simulates the flexural behavior of ultra-high-performance fiber-reinforced concrete (UHPFRC) beams reinforced with steel and glass fiber-reinforced polymer (GFRP) rebars. For this, micromechanics-based modeling was first carried out on the basis of single fiber pullout models considering inclination angle. Two different tension-softening curves (TSCs) with the assumptions of 2-dimensional (2-D) and 3-dimensional (3-D) random fiber orientations were obtained from the micromechanics-based modeling, and linear elastic compressive and tensile models before the occurrence of cracks were obtained from the mechanical tests and rule of mixture. Finite element analysis incorporating smeared crack model was used due to the multiple cracking behaviors of structural UHPFRC beams, and the characteristic length of two times the element width (or two times the average crack spacing at the peak load) was suggested as a result of parametric study. Analytical results showed that the assumption of 2-D random fiber orientation is appropriate to a non-reinforced UHPFRC beam, whereas the assumption of 3-D random fiber orientation is suitable for UHPFRC beams reinforced with steel and GFRP rebars due to disorder of fiber alignment from the internal reinforcements. The micromechanics-based finite element analysis also well predicted the serviceability deflections of UHPFRC beams with GFRP rebars and hybrid reinforcements.
Control of the mechanical behavior of composite materials and structures under monotonic and dynamic loads for cracks and damage is a vast and complex area of research. The modeling of the different physical phenomena and behavior characteristics of a composite material during deformation play an important role in the structural design. Our study aims to analyze numerically the energy release rate parameter G of a composite laminated plate (glass or boron / epoxy) cross-ply [$+{\alpha}$, $-{\alpha}$] in the presence of a crack between two circular notches under the effect of several parameters such as fiber orientation ${\alpha}$, the crack orientation ${\beta}$, the orientation ${\gamma}$ of the two considered circular notches and the effect of mechanical properties. Our results show clearly that both notches orientation has more effect on G than the cracks and fibers orientations.
The seniconductor, which is precision product, requires many inspection processes. The surface conditions of the semiconductor chip effect on the functions of the semiconductors. The defects of the chip surface is crack or void. Because general inspection method requires many inspection processes, the inspection system which searches immediately and preciselythe defects of the semiconductor chip surface. We propose the inspection method by using the computer vision system. This study presents an image processing algorithm for inspecting the surface defects(crack, void)of the semiconductor test samples. The proposed image processing algorithm aims to reduce inspection time, and to analyze those experienced operator. This paper regards the chip surface as random texture, and deals with the image modeling of randon texture image for searching the surface defects. For texture modeling, we consider the relation of a pixel and neighborhood pixels as noncasul model and extract the statistical characteristics from the radom texture field by using the 2D AR model(Aut oregressive). This paper regards on image as the output of linear system, and considers the fidelity or intelligibility criteria for measuring the quality of an image or the performance of the processing techinque. This study utilizes the variance of prediction error which is computed by substituting the gary level of pixel of another texture field into the two dimensional AR(autoregressive model)model fitted to the texture field, estimate the parameter us-ing the PAA(parameter adaptation algorithm) and design the defect detection filter. Later, we next try to study the defect detection search algorithm.
This paper presents a finite element (FE) model for predicting the nonlinear response and behavior of a reinforced concrete T-beam deficient in shear under cyclic loading. Cracking loads, failure loads, response hysteresis envelopes and crack patterns were used as bench mark for comparison between experimental and FE results. A parametric study was carried out to predict the optimum combination of the open and close crack shear transfer coefficients (${\beta}_t$ and ${\beta}_c$) of the constitutive material model for concrete. It is concluded that when both shear transfer coefficients are equal to 0.2 the FE results gave the best correlation with the experimental results. The results were also verified on a rectangular shear deficient beam (R-beam) tested under cyclic loading and it is concluded that the variation of section geometry has no effect on the optimum choice of the values of shear transfer coefficients of 0.2. In addition, a parametric study based on the variation of concrete compressive strength, was carried out on the T-beam and it is observed that the variation of concrete compressive strength has little effect on the deflection. Further conclusions and observations were also drawn.
Gustavo Luz Xavier da Costa;Carlos Alberto Caldeira Brant;Magno Teixeira Mota;Rodolfo Giacomim Mendes de Andrade;Eduardo de Moraes Rego Fairbairn;Pierre Rossi
Computers and Concrete
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제31권2호
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pp.151-161
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2023
This paper presents an investigation of variables that cause spurious cracking in numerical modeling of concrete fracture. Spurious cracks appear due to the approximate nature of numerical modeling. They overestimate the dissipated energy, leading to divergent results with mesh refinement. This paper is limited to quasi-static loading regime, homogeneous models, cracking as the only nonlinear mode of deformation and cracking only due to tensile loading. Under these conditions, some variables that can be related to spurious cracking are: mesh alignment, ductility, crack band width, structure size, mesh refinement and load increment size. Case studies illustrate the effect of each variable and convergence analyses demonstrate that, after all, load-increment size is the most important variable. Theoretically, a sufficiently small load increment is able to eliminate or at least alleviate the detrimental influence of the other variables. Such load-increment size might be prohibitively small, rendering the simulation unfeasible. Hence, this paper proposes two alternatives. First, it is proposed an algorithm that automatically find such small load increment size automatically, which not necessarily avoid large computations. Then, it is proposed a double simulation technique, in which the crack is forced to propagate through the localization zone.
본 논문에서는 이종재질로 구성된 세장비가 큰 보의 차원축소와 복원의 효율성과 정확성을 입증하기 위하여 VABS와 3차원 유한요소해석 모델의 결과와 비교하였다. 그리고 3차원 유한요소모델과 차원축소 모델을 가상균열닫힘법을 이용하여 에너지 해방률을 계산하였다. 원형과 사각형의 단면에 초기 크랙을 가진 수치모델을 이용하여 보의 차원축소와 복원기법 및 가상균열닫힘법을 이용하여 복원해석 결과 및 에너지 해방률을 비교하여 효율성과 정확성을 입증하였다. 특히 제시된 에너지 해방률 계산 기법은 고고도 무인기의 날개, 헬리콥터 로터 블레이드, 풍력 블레이드, 틸트로터 등의 정적, 동적 모델링 및 수명평가에 활용될 수 있을 것이다.
Brittle failure of rock is a classical rock mechanics problem. Rock failure not only involves initiation and propagation of single crack, but also is a complex problem associated with initiation, propagation and coalescence of many cracks. As the most important feature of rock material properties is the heterogeneity, the Weibull statistical distribution is employed in the rock failure process analysis (RFPA) method to describe the heterogeneity in rock properties. In this paper, the applications of the RFPA method in geotechnical engineering and rockburst modeling are introduced with emphasis, which can provide some references for relevant researches.
This paper presents an efficient modeling method for open cracked beam structures. An equivalent bending spring model is introduced to represent the structural weakening effect in the presence of open cracks. The proposed method adopts the exact dynamic element method (EDEM) to avoid the difficulty and numerical errors in association with re-meshing the structure. The proposed method is rigorously compared with a commercial finite element code. Experiments are also performed to validate the proposed modeling method. Finally, a diagnostic scheme for open cracked beam structures is proposed and demonstrated through a numerical example.
Haleerattanawattana, P.;Senjuntichai, T.;Limsuwan, E.
Structural Engineering and Mechanics
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제18권5호
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pp.691-707
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2004
This paper presents the micro-mechanical modeling for predicting concrete behavior under compressive loading. The model is able to represent the heterogeneities in the microstructure up to three phases, i.e., aggregate particles, matrix and interfaces. The smeared crack concept based on non-linear fracture mechanics is implemented in order to formulate the constitutive relation for each component. The splitting tensile strength is considered as a fracture criterion for cracking in micro-level. The finite element method is employed to simulate the model based on plane stress condition by using quadratic triangular elements. The validation of the model is verified by comparing with the experimental results. The influence of tensile strength from both aggregate and matrix phases on the concrete compressive strength is demonstrated. In addition, a guideline on selecting appropriate tensile strength for each phase to obtain specified concrete compressive strength is also presented.
The paper is devoted to present the Continuum Strong Discontinuity Approach (CSDA) and to examine its capabilities for modeling cracking of concrete. After introducing the main ingredients of the CSDA, an isotropic continuum damage model, which distinguishes tension and compression states, is used to implicitly induce a projected traction separation-law that rules the cracking phenomena. Criteria for onset and propagation of material failure and specific finite elements with embedded discontinuities are also briefly sketched. Finally, some representative numerical simulations of cracking, in plain and reinforced concrete specimens, using the CSDA are presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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