Modular structures consist of standardized modules and their connections. A modular bridge pier is proposed to accelerate bridge construction. Multiple concrete-filled steel tubes (CFTs) using commercial steel tubes were chosen as the main members. Buckling restrained bracings and enhanced connection details were designed to prevent premature low-cycle fatigue failure upon cyclic loading. The pier had a height of 7.95 m, widths of 2.5 m and 2.0 m along the strong and weak axis, respectively. Cyclic tests were performed on the modular pier to investigate structural performance. Test results showed that four CFT columns reached yielding without a premature failure of the bracing connections. The ultimate capacity of the modular pier was reasonably estimated based on the plastic-hinge-analysis concept. The modular CFT pier with enhanced bracing showed improved displacement ductility without premature failure at the welding joints.
Kim, Yu-Seong;Kang, Joo-Won;Park, Byung-Tae;Lee, Joon-Ho
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.19
no.3
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pp.101-109
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2019
In order to develop the compatible damping device in various vibration source, a hybrid wall-type damper combining slit and friction damper in parallel was developed. Cyclic loading tests and two-story RC reinforced frame tests were performed for structural performance verification. As a result of the 5-cyclic loading test according to KBC-2016 and low displacement cyclic fatigue test, The hybrid wall type damper increased its strength and the ductility was the same as that of the slit damper. In addition, As a result of the two-layer frame test, the reinforced frame had about twice the strength of the unreinforced frame, and the story drift ratio was satisfied to Life Safety Level.
Flux Cored Arc Welding (FCAW) is a common practice to join thick plates such as the structural members of large scale offshore structures and very large container ships. The objective of this study was to investigate the mechanical properties and variability of the fatigue crack initiation life in the flux cored arc welded API 2W Gr.50 steel joints typically applied to offshore structures with a focus on the effect of the materials in fatigue crack growth life from the notch root of a compact tension specimen. Offshore structural steel (API 2W Gr.50) plates (60-mm thick) were used to fabricate multi-path flux core arc welded butt welded joints to clearly consider fatigue fractures at the weld zone from the notch. Fatigue tests were performed under a constant amplitude cyclic loading of R = 0.4. The mean fatigue crack initiation life of the HAZ specimen was the highest among the base metal (BM), weld metal (WM), and heat affected zone (HAZ). In addition, the coefficient of variation was the highest in the WMl specimen. The variability of the short fatigue crack growth rates from the notch tips in the WM and HAZ specimens was higher than in BM.
Rubio-Gonzalez, Carlos;Gomez-Rosas, G.;Ruiz, R.;Nait, M.;Amrouche, A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.53
no.5
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pp.867-880
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2015
Mechanical fastening is still one of the main methods used for joining components. Different techniques have been applied to reduce the effect of stress concentration of notches like fastener holes. In this work we evaluate the feasibility of combining laser shock peening (LSP) and cold expansion to improve fatigue crack initiation and propagation of open hole specimens made of 6061-T6 aluminum alloy. LSP is a new and competitive technique for strengthening metals, and like cold expansion, induces a compressive residual stress field that improves fatigue, wear and corrosion resistance. For LSP treatment, a Q-switched Nd:YAG laser with infrared radiation was used. Residual stress distribution as a function of depth was determined by the contour method. Compact tension specimens with a hole at the notch tip were subjected to LSP process and cold expansion and then tested under cyclic loading with R=0.1 generating fatigue cracks on the hole surface. Fatigue crack initiation and growth is analyzed and associated with the residual stress distribution generated by both treatments. It is observed that both methods are complementary; cold expansion increases fatigue crack initiation life, while LSP reduces fatigue crack growth rate.
In this paper, rotating bending fatigue tests have been carried out to investigate the growth behabiors of surface fatigue crack initiated from a small artificial surface defect, that might exist in real structures, on 2024-T3 and 6:4 brass. The test results are analysed in the viewpoints of both strength of materials and fracture mechanics, it can be concluded as follows. The effect of a small artificial surface defect upon the fatigue strength is very large. The sensitivity of 2024-T3 on the defect is higher than that of 6:4 brass. The growth behavior of the surface fatigue crack of 2024-T3 is different from that of 6:4 brass. The growth rate of the surface fatigue crack of 2024-T3 is considerably rapid in the early stage of the fatigue life and apt to decrease in the later stage. It was impossible to establish a unifying approach in the analysis of crack growth begabior of 2024-T3 and 6:4 brass using the maximum stress intensity factor because of their dependence on stress level. But if the elastic strain and cyclic total strain intensity factor range were applied to obtain the growth rate of surface fatigue cracks of the materials, the data were found to be nearly coincided.
This study aimed to investigate the fatigue crack growth behavior of a kind of fiber metal laminates (FML) under four different stress levels. The FML specimen consists of three 2024-T3 aluminum alloy sheets and two layers of glass/epoxy composite lamina. Tensile-tensile cyclic fatigue tests were conducted on centrally notched specimen at four stress levels with various maximum values. A digital camera system was used to take photos of the propagating cracks on both sides of the specimens. Image processing software was adopted to accurately measure the length of the cracks on each photo. The test results show that: (1) a-N and da/dN-a curves of FML specimens can be divided into transient crack growth segment, steady state crack growth segment and accelerated crack growth segment; (2) compared to 2024-T3 aluminum alloy, the fatigue properties of FML are much better; (3) da/dN-${\Delta}K$ curves of FML specimens can be divided into fatigue crack growth rate decrease segment and fatigue crack growth rate increase segment; (3) the maximum stress level has a large influence on a-N, da/dN-a and da/dN-${\Delta}K$ curves of FML specimens; (4) the fatigue crack growth rate da/dN presents a nonlinear accelerated increasing trend to the maximum stress level; (5) the maximum stress level has an almost linear relationship with the stress intensity factor ${\Delta}K$.
Objectives: To evaluate the mechanical properties and metallurgical characteristics of the M3 Rotary and M3 Pro Gold files (United Dental). Materials and Methods: One hundred and sixty new M3 Rotary and M3 Pro Gold files (sizes 20/0.04 and 25/0.04) were used. Torque and angle of rotation at failure (n = 20) were measured according to ISO 3630-1. Cyclic fatigue resistance was tested by measuring the number of cycles to failure in an artificial stainless steel canal ($60^{\circ}$ angle of curvature and a 5-mm radius). The metallurgical characteristics were investigated by differential scanning calorimetry. Data were analyzed using analysis of variance and the Student-Newman-Keuls test. Results: Comparing the same size of the 2 different instruments, cyclic fatigue resistance was significantly higher in the M3 Pro Gold files than in the M3 Rotary files (p < 0.001). No significant difference was observed between the files in the maximum torque load, while a significantly higher angular rotation to fracture was observed for M3 Pro Gold (p < 0.05). In the DSC analysis, the M3 Pro Gold files showed one prominent peak on the heating curve and 2 prominent peaks on the cooling curve. In contrast, the M3 Rotary files showed 1 small peak on the heating curve and 1 small peak on the cooling curve. Conclusions: The M3 Pro Gold files showed greater flexibility and angular rotation than the M3 Rotary files, without decrement of their torque resistance. The superior flexibility of M3 Pro Gold files can be attributed to their martensite phase.
Park, Jun-Soo;Jeong, Eui-Chul;Choi, Han-Sol;Kim, Mi-Ae;Yun, Eon-Gyeong;Kim, Yong-Dae;Won, Si-Tae;Lee, Sung-Hee
Design & Manufacturing
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v.14
no.1
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pp.49-55
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2020
In this study, the fatigue behavior and fatigue life characteristics of PA2200 specimens fabricated by SLS 3D printer were studied. Fatigue tests were performed according to the standard specification (ASTM E468) and fatigue life curves were obtained. In order to perform the fatigue test, mechanical properties were measured according to the test speed of the simple tensile test, and the self-heating temperature of the specimen according to the test speed was measured using an infrared temperature measuring camera in consideration of heat generation due to plastic deformation. There was no significant difference within the set test speed range and the average self-heating temperature was measured at 38.5 ℃. The mechanical strength at the measured temperature showed a relatively small difference from the mechanical strength at room temperature. Fatigue test conditions were established through the preceding experiments, and the loading conditions below the tensile strength at room temperature 23 ℃ were set as the cyclic load. The maximum number of replicates was less than 100,000 cycles, and the fracture behavior of the specimens with the repeated loads showed the characteristics of Racheting. It was confirmed that SLS 3D printing PA2200 material could be applied to the Basquin's S-N diagram for the fatigue life curve of metal materials. SEM images of the fracture surface was obtained to analyze the relationship between the characteristics of the fracture surface and the number of repetitions until failure. Brittle fracture, crazing fracture, grain melting, and porous fracture surface were observed. It was shown that the larger the area of crazing damage, the longer the number of repetitions until fracture.
In this study, analysis of creep-fatigue behavior of low alloy steel weld was performed. An interface was employed along the crack plane to simulate the interface between base metal and weld metal. A trapezoidal waveshapes was loaded cyclically and analysis result was compared with that of monotonic load. The material was assumed as elastic-plastic-secondary creeping material. Because the isotropic hardening plasticity model used in the last study cannot simulate the behavior of material under cyclic load, the linear kinematic hardening plasticity model was used. The behavior of strain field and $C_{t}$ parameter was obtained.d.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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