Micromechanical facture models can be used to predict ductile fracture in steel structures. In order to calibrate the parameters in the micromechanical models for the largely used Q345 steel in China, uniaxial tensile tests, smooth notched tensile tests, cyclic notched bar tests, scanning electron microscope tests and finite element analyses were conducted in this paper. The test specimens were made from base metal, deposit metal and heat affected zone of Q345 steel to investigate crack initiation in welded steel connections. The calibrated parameters for the three different locations of Q345 steel were compared with that of the other seven varieties of structural steels. It indicates that the toughness index parameters in the stress modified critical strain (SMCS) model and the void growth model (VGM) are connected with ductility of the material but have no correlation with the yield strength, ultimate strength or the ratio of ultimate strength to yield strength. While the damage degraded parameters in the degraded significant plastic strain (DSPS) model and the cyclic void growth model (CVGM) and the characteristic length parameter are irrelevant with any properties of the material. The results of this paper can be applied to predict ductile fracture in welded steel connections.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.25
no.4
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pp.293-300
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2012
In this study, the delamination analysis has been implemented to investigate the initiation and propagation of crack in composite laminates composed of orthotropic materials. A simple modeling was achieved by moving nodal technique without re-meshing work when crack propagation occurred. This paper aims at achieving two specific objectives. The first is to suggest a very simple modeling scheme compared with those applied to conventional h-FEM based models. To verify the performance of the proposed model, analysis of double cantilever beams with composite materials was implemented and then the results were compared with reference values in literatures. The second one is to investigate the behavior of interior delamination problems using the proposed model. To complete these objectives, the full-discrete-layer model based on Lobatto shape functions was considered and energy release rates were calculated using three-dimensional VCCT(virtual crack closure technique) based on linear elastic fracture mechanics.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.37
no.4
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pp.267-274
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2024
Hydrogen embrittlement fracture poses a challenge in ensuring the structural integrity of materials exposed to hydrogen-rich environments. This study advances our comprehension of hydrogen-induced fracture through an integrated numerical modeling approach. In addition, it employs a ductile fracture model named the Gurson-cohesive model (GCM) and hydrogen diffusion analysis. GCM is employed as a fracture model that combines the Gurson model to illustrate the continuum damage evolution and the cohesive zone model to describe crack surface discontinuity and softening behavior. Moreover, porosity and stress triaxiality are considered as crack initiation criteria . A hydrogen diffusion analysis is also integrated with the GCM to account for hydrogen enhanced decohesion (HEDE) mechanisms and their subsequent impacts on crack initiation and propagation. This framework considers the influence of hydrogen on the softening behavior of the traction-separation relationship on the discontinuous crack surface. Parametric studies explore the sensitivity to diffusion properties and hydrogen-induced fracture properties. By combining numerical models of hydrogen diffusion and the ductile fracture model, this study provides an understanding of hydrogen-induced fracture and thereby contributes significantly to the ongoing efforts to design materials that are resilient to hydrogen embrittlement in practical engineering applications.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1998.10a
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pp.519-524
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1998
The shear behavior and reinforcement effects of simply supported reinforced concrete deep beams with web opening subject to concentrated loads have been scrutinized experimentally to verify the effects of structural parameters such as size, location and reinforcements of web opening. A total of 14 specimens were tested at the laboratory under two-point top loading. The shear span ratio was taken constantly 0.8, and various types of reinforcements based on truss models were adopted. In the tests, the effects of loction, reinforcements of web openings on the shear behavior, and crack initiation and propagation have been carefully checked and analyzed.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1999.04a
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pp.665-670
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1999
The shear behavior and strength of simply supported reinforced concrete deep beams with web opening subject to concentrated loads have been investigated experimentally on the effects of structural parameters such as location of web opening and reinforcements. A total of 12 specimens were tested at the laboratory under two-point top loading. The shear span-to-depth ratio was taken constantly 0.8, and various types of reinforcements based on truss models were adopted. In the tests, the effects of location, reinforcements of web openings on the shear behavior, and crack initiation and propagation have been carefully checked and analyzed. The test results have been compared with the formulas proposed currently being used and analyzed by nonlinear finite element method. Shear strengths obtained from the tests showed good matches with Kong and Ray's equation, and also with the results calculated by nonlinear finite element method.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.38
no.3
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pp.93-106
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2001
T-joint and hopper knuckle joint models are typical welded joints in ship structure, which are very susceptible to fatigue damage under service condition. Fatigue test and fracture mechanical analysis were performed on these joints to find out characteristics of fatigue behavior. Unified S-N curve was developed from the test results of these two types of joint using hot spot stress concept, and also propagation life was also estimated using Paris' crack propagation law. Residual stress effect on propagation life was considered in calculating propagation life, as was done with thermo-elasto-plastic FE analysis and residual stress intensity factor calculation. Fatigue life of similar kinds of welded joint could be predicted with this unified S-N curve and fracture mechanical analysis technique.
Shemirani, Alireza Bagher;Sarfarazi, Vahab;Haeri, Hadi;Marji, Mohammad Fatehi;Hosseini, Seyed shahin
Computers and Concrete
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v.21
no.2
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pp.189-197
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2018
A discrete element approach is used to investigate the effects of confining stress on the shear behaviour of joint's bridge area. A punch-through shear test is used to model the concrete cracks under different shear and confining stresses. Assuming a plane strain condition, special rectangular models are prepared with dimension of $75mm{\times}100mm$. Within the specimen model and near its four corners, four equally spaced vertical notches of the same depths are provided so that the central portion of the model remains intact. The lengths of notches are 35 mm. and these models are sequentially subjected to different confining pressures ranging from 2.5 to 15 MPa. The axial load is applied to the punch through the central portion of the model. This testing and models show that the failure process is mostly governed by the confining pressure. The shear strengths of the specimens are related to the fracture pattern and failure mechanism of the discontinuities. The shear behaviour of discontinuities is related to the number of induced shear bands which are increased by increasing the confining pressure while the cracks propagation lengths are decreased. The failure stress and the crack initiation stress both are increased due to confining pressure increase. As a whole, the mechanisms of brittle shear failure changes to that of the progressive failure by increasing the confining pressure.
Scaled model tests were performed to investigate the stability of a foundation located above limestone cavities. Cavity shape was assumed to be an ellipse having 1/3 for the ratio of minor to major axis lengths. 12 different test models which have various depths, locations, inclinations, sizes and numbers of cavity were experimented and they were classified into 5 different groups. Crack initiation pressure, maximum pressure, deformation behaviors, failure modes and subsidence profiles of test models were obtained, and then the influences of those parameters on the foundation stability were investigated. No cavity model showed a general shear failure, whereas the models including various cavities showed the complicated three different failure modes which were only punching failure, both punching and shear failures, and double shear failure. The stability of foundation was found to be decreased as the cavity was located at shallower depth, the size and number of cavity were increased. Differential settlements appeared when the cavity was located under the biased part of foundation. Furthermore, subsidence profiles were found to depend on the distribution of underground cavities.
In this study, effects of forming angle and friction coefficient on a initiation of the Mannesmann hole defect were analyzed by using a response surface method. The maximum effective plastic strain at center point of specimen is utilized for the prediction of the starting point of crack occurrence, which is suggested by the comparison of integrals of four different ductile fracture models between the histories of the effective plastic strain at center point. It was revealed that the principal stress at the center is the dominant element to the increase of the effective plastic strain. It was also verified by the simulation results from the comparison of experiment and simulation. It is provided that the forming angle of 25 degrees and the spreading angle of 1 degree can be a proper design condition without an occurrence of internal hole defect and an excessive slip.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.37
no.7
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pp.642-652
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2009
Most of lap jointed aircraft structures encounter the fretting damages, which provoke fretting cracks prematurely and lead to significant reduction of fatigue life. In the case of ageing aircrafts especially, this fretting fatigue problem is a fatal threat for the safety and airworthiness. Recently, as the service life extension program(SLEP) of ageing aircrafts has become a hot issue, the prediction of fretting fatigue life is also indispensable. On these backgrounds, a series of experimental tests of fretting fatigue on bolted lap joint specimens, were performed. And the fretting crack initiation and propagation life of each specimen were evaluated using existing and newly proposed prediction models with the fretting parameters obtained from the FEA results for elasto-plastic contact stress analyses. The validations of prediction models were also discussed, comparing the prediction results with experimental test ones.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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