This paper describes a study on the tearing damage of the ship's bottom plating during a grounding. It has been known widely that difference scaling laws are applied for bodies undergoing simultaneously plastic flow and crack propagation in the deformation of the plate tearing. Especially, the basic scaling law is not followed for the fracture. In this study plate cutting experiments for the geometrically similar models have been performed in order to verify the problem. From the experimental results, it has been observed that the cutting forces and energy for the larger models are significantly lower than those of the smaller models the damage become large. A simplified analytical method for the estimation of tearing is proposed based on the experiments and it has been observed that the results of the present formula are correlated very well with the experiments
Mahzan, Shahruddin;Staszewski, Wieslaw J.;Worden, Keith
Smart Structures and Systems
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제6권2호
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pp.147-165
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2010
Impact damage detection in composite structures has gained a considerable interest in many engineering areas. The capability to detect damage at the early stages reduces any risk of catastrophic failure. This paper compares two advanced signal processing methods for impact location in composite aircraft structures. The first method is based on a modified triangulation procedure and Genetic Algorithms whereas the second technique applies Artificial Neural Networks. A series of impacts is performed experimentally on a composite aircraft wing-box structure instrumented with low-profile, bonded piezoceramic sensors. The strain data are used for learning in the Neural Network approach. The triangulation procedure utilises the same data to establish impact velocities for various angles of strain wave propagation. The study demonstrates that both approaches are capable of good impact location estimates in this complex structure.
Hertzian contact tests were used to investigate the evolution of fracturedamage in the coating layer as functions of contact load and coating thickness by studying crack patterns in porcelain on glass-infiltrated alumina bilayer system conceived to simulate the crown structure of a tooth. Cone cracks initiated at the coating top surface without delamination at interface and crack propagation to substrate. Preferentially the cracks made multi-cracks at the coating top surface rather than proceeding to interface. The cracks were highly stabilized with wide ranges between the loads to initiate first cracking and to cause final failure im-plying damage-tolerant capability. Finite element modelling was used to evaluate the stress distribution. Maximum tensile stress were responsible for the cracking at the coating layer and had a profound influence on the crack pattern and fracture damage in the layered structure materials.
Effects of contact damage and residual stress for two kinds of dental restorative layered ceramics, porcelain/alumina and porcelain/zirconia bilayers, were observed with Hertzian and Vickers indentation methods. Indentation stress-strain behavior of each material, strength degradation of the coating material, and crack propagation behavior in the coating layer after Vickers indentation were examined by an optical microscope. As a result, porcelain as coating materials showed the classical brittleness. It was inferred that damage and strength in two bilayer system were dependent on thermal expansion mismatch between the coating material and the substrate, which affected the strength degradation. Residual stress resulting from thermal expansion mismtch was formed in the coating layer, and specially in the case of porcelain/zirconia, residual stress was eliminated as coating thickness decreased.
Soltangharaei, V.;Hill, J.W.;Ai, Li;Anay, R.;Greer, B.;Bayat, Mahmoud;Ziehl, P.
Structural Engineering and Mechanics
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제75권6호
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pp.723-736
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2020
In this paper, acoustic emission (AE) and pattern recognition are utilized to identify the AE signal signatures caused by propagation of stress corrosion cracking (SCC) in a 304 stainless steel plate. The surface of the plate is under almost uniform tensile stress at a notch. A corrosive environment is provided by exposing the notch to a solution of 1% Potassium Tetrathionate by weight. The Global b-value indicated an occurrence of the first visible crack and damage stages during the SCC. Furthermore, a method based on linear regression has been developed for damage identification using AE data.
The masonry is a complex heterogeneous material and its shear deformation and fracture is associated with very complicated progressive failures in masonry structure, and is investigated in this paper using a mesoscopic mechanical modelling, Considering the heterogeneity of masonry material, based on the damage mechanics and elastic-brittle theory, the newly developed Material Failure Process Analysis (MFPA) system was brought out to simulate the cracking process of masonry, which was considered as a three-phase composite of the block phase, the mortar phase and the block-mortar interfaces. The crack propagation processes simulated with this model shows good agreement with those of experimental observations by other researchers. This finding indicates that the shear fracture of masonry observed at the macroscopic level is predominantly caused by tensile damage at the mesoscopic level. Some brittle materials are so weak in tension relative to shear that tensile rather than shear fractures are generated in pure shear loading.
In this paper, a computational model for nonlinear crack damage analysis of concrete gravity dam-foundation boundary region subjected to earthquake loading is suggested. An enhanced model based on the Lee-Fenves plastic-damage model is used as the inelastic material model for a concrete dam structure and rock foundation. The suggested model is implemented numerically and used for computational earthquake simulation of Koyna dam, which was severly damaged from the strong earthquake in 1967. From the numerical result it is demonstrated that the suggested computational model can realistically represent crack initiation and propagation in the dam-foundation boundary region.
To study the evolution mechanism of cracks in rocks with multiple defects, rock-like samples with multiple defects, such as strip-shaped through-going cracks and cavity groups, are used, and the crack propagation law and changes in AE (acoustic emission) and strain of cavity groups under different inclination angles are studied. According to the test results, an increase in the cavity group inclination angle can facilitate the initial damage degree of the rock and weaken the crack initiation stress; the initial crack initiation direction is approximately 90°, and the extension angle is approximately 75~90° from the strip-shaped through-going cracks; thus, the relationship between crack development and cavity group initiation strengthens. The specific performance is as follows: when the initiation angle is 30°, the cracks between the cavities in the cavity group develop relatively independently along the parallel direction of the external load; when the angle is 75°, the cracks between the cavities in the cavity group can interpenetrate, and slip can occur along the inclination of the cavity group under the action of the shear mechanism rupture. With the increase in the inclination angle of the cavity group, the AE energy fluctuation frequency at the peak stress increases, and the stress drop is obvious. The larger the cavity group inclination angle is, the more obvious the energy accumulation and the more severe the rock damage; when the cavity group angle is 30° or 75°, the peak strain of the local area below the strip-shaped through-going fracture plane is approximately three times that when the cavity group angle is 45° and 60°, indicating that cracks are easily generated in the local area monitored by the strain gauge at this angle, and the further development of the cracks weakens the strength of the rock, thereby increasing the probability of major engineering quality damage. The research results will have important reference value for hazard prevention in underground engineering projects through rock with natural and artificial defects, including tunnels and air-raid shelters.
Fatigue life evaluation of welded structures in a range of high cycles is one of the most difficult problems since extremely small plastic deformation and damage occur during the loading cycles. Moreover, it is very difficult to identify the strong non-linearities of welding, inducing residual stress. In this paper, numerical fatigue test method for welded structures was developed using continuum damage mechanics with inherent strain. Recently, continuum damage mechanics, which can simulate both crack initiation at the micro-scale level and crack propagation at the meso-scale level, has been adopted in the fracture related problem. In order to consider the residual stresses in the welded strictures, damage calculation in conjunction with welding, inducing inherent strain, was proposed. The numerical results obtained from the damage calculation were compared to experimental results.
A novel approach for integrating active sensing data interrogation algorithms for structural health monitoring (SHM) applications is presented. These algorithms cover Lamb wave propagation, impedance methods, and sensor diagnostics. Contrary to most active-sensing SHM techniques, which utilize only a single signal processing method for damage identification, a suite of signal processing algorithms are employed and grouped into one package to improve the damage detection capability. A MATLAB-based user interface, referred to as HOPS, was created, which allows the analyst to configure the data acquisition system and display the results from each damage identification algorithm for side-by-side comparison. By grouping a suite of algorithms into one package, this study contributes to and enhances the visibility and interpretation of the active-sensing methods related to damage identification. This paper will discuss the detailed descriptions of the damage identification techniques employed in this software and outline future issues to realize the full potential of this software.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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