Inelastic deformation behavior of metals and alloys is considered rate dependent. Uniaxial ratcheting experiments performed by Ruggles and Krempl, and Hassan and Kyriakides exhibited that higher mean stress for a fixed stress amplitude resulted in higher ratchet strain within a rate independent framework and higher stress rate resulted in lower ratchet strain, respectively. These phenomena are qualitatively investigated by numerical experiments through unified viscoplasticity theory. The theory does not separate rate-independent plasticity and rate-dependent creep, and thus uses only one inelastic strain to describe inelastic deformation processes with the concept of the yield surface. The growth law for the kinematic stress, which is a tensor valued state variable of the constitutive equations, is modified to predict the linear evolution of long-term ratchet strain.
In this study, various fundamental experiments including durability and time-dependent deformation are performed to compile a database for a utilization of high-strength concrete for PSC bridges. In the mix design, concrete strength at early age when prestressing forces are introduced to the PSC member and slumpflow suitable for pumping of concrete are considered to make a concrete fit for PSC bridges. The main parameters investigated are the kinds and replacement ratios of mineral admixtures and low-heat cement. Experimental tests on durability include penetration of chloride ions, freezing-thawing, combined deterioration, and simple adiabatic temperature rise test. In addition, time-dependent deformation such as creep, drying and autogenous shrinkage, which is particularly important factor in the design and construction of PSC bridges, is tested and analyzed.
Ecren Uzun Yaylaci;Murat Yaylaci;Mehmet Emin Ozdemir;Merve Terzi;Sevval Ozturk
Advances in nano research
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제15권2호
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pp.165-174
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2023
The study investigated the effect of geometric structures of nano-patterned surfaces, such as peak sharpness, height, width, aspect ratio, and spacing, on mechano-bactericidal properties. Here, in silico models were developed to explain surface interactions with Escherichia coli. Numerical solutions were performed based on the finite element method and verified by the artificial neural network method. An E. coli cell adhered to the nano surface formed elastic and creep deformation models, and the cells' maximum deformation, maximum stress, and maximum strain were calculated. The results determined that the increase in peak sharpness, aspect ratio, and spacing values increased the maximum deformation, maximum stress, and maximum strain on E. coli cell. In addition, the results showed that FEM and ANN methods were in good agreement with each other. This study proved that the geometrical structures of nano-patterned surfaces have an important role in the mechano-bactericidal effect.
This paper presents the reliability estimation of door hinge for home appliances, which consists of bushing and shaft. The predominant failure mechanism of bushing made of polyoxymethylene(POM) is brittle fracture due to decrease of strength caused by voids existing, and that of shaft made of acrylonitrile-butadiene-styrene(ABS) is creep due to plastic deformation caused by excessive temperature and lowering of glass transition temperature by absorbed moisture. Since the brittle fracture of bushing is overstress failure mechanism, the load-strength interference model is used to estimate the failure rate of it along with failure analysis. By the way, the creep of shaft is wearout failure mechanism, and an accelerated life test is then planned and implemented to estimate its lifetime. Through the technical review about failure mechanism, temperature and humidity are selected as accelerating variables. Assuming Weibull lifetime distribution and Eyring model, the life-stress relationship and acceleration factor, $B_{10}$ life and its lower bound with $90\%$ confidence at worst case use condition are estimated by analyzing the accelerated life test data.
An Fe-25Cr steel was oxidized in Ar atmosphere at 973K with and without applying external stress of 30∼35 MPa. A 0.1$\mu\textrm{m}$ thick $Cr_2O_3$ scales formed during pre-treatment in Ar atmosphere. Initiation of cracking on the oxide scales took place at grain boundaries during the end of second creep stage, in which cracks were found nearly perpendicular to the tensile directions. On the contrary, a scale developed in $N_2$-0.1%$SO_2$ displaced a poor adherence on the metal substrate. In this sample, a fast grown of scales was observed during creep deformation, and the strength of materials was much lower than in Ar. The creep strain rate of $1.5{\times}10^{-7}/s$ and $5.8{\times}10^{-7}/s$ was determined in Ar and in $N_2$-0.1%$SO_2$ under 30MPa, respectively.
This paper presents the reliability estimation of door hinge for home appliances, which consists of bushing and shaft. The predominant failure mechanism of bushing made of polyoxymethylene(POM) is brittle fracture due to decrease of strength caused by voids existing, and that of shaft made of acrylonitrile-butadiene-styrene(ABS) is creep due to plastic deformation caused by excessive temperature and lowering of glass transition temperature by absorbed moisture. Since the brittle fracture of bushing is overstress failure mechanism, the load-strength interference model is used to estimate the failure rate of it along with failure analysis. By the way, the creep of shaft is wearout failure mechanism, and an accelerated life test is then planned and implemented to estimate its lifetime. Through the technical review about failure mechanism, temperature and humidity are selected as accelerating variables. Assuming Weibull lifetime distribution and Eyring model, the life-stress relationship and acceleration factor, B$_{10}$ life and its lower bound with 90% confidence at worst case use condition are estimated by analyzing the accelerated life test data.a.
Georgiades, Anastasis V.;Saha, Gobinda C.;Kalamkarov, Alexander L.;Rokkam, Srujan K.;Newhook, John P.;Challagulla, Krishna S.
Smart Structures and Systems
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제1권4호
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pp.369-384
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2005
The main objectives of this paper are to demonstrate the feasibility of using newly developed smart GFRP reinforcements to effectively monitor reinforced concrete beams subjected to flexural and creep loads, and to develop non-linear numerical models to predict the behavior of these beams. The smart glass fiber-reinforced polymer (GFRP) rebars are fabricated using a modified pultrusion process, which allows the simultaneous embeddement of Fabry-Perot fiber-optic sensors within them. Two beams are subjected to static and repeated loads (until failure), and a third one is under long-term investigation for assessment of its creep behavior. The accuracy and reliability of the strain readings from the embedded sensors are verified by comparison with corresponding readings from surface attached electrical strain gages. Nonlinear finite element modeling of the smart concrete beams is subsequently performed. These models are shown to be effective in predicting various parameters of interest such as crack patterns, failure loads, strains and stresses. The strain values computed by these numerical models agree well with corresponding readings from the embedded fiber-optic sensors.
High-rise buildings move during construction due to time-dependent material properties of concrete (creep and shrinkage), construction sequences, and structural shapes. The building movements, including vertical and horizontal displacements, result from the sum of axial and lateral deformation of vertical members at each level. In addition to the vertical shortenings, the lateral movement induced by differential shortening can have adverse effects on the construction tolerance and serviceability of non-structural elements such as elevators and curtain walls. In this study a construction stage analysis method is developed to predict lateral movement induced by shortening, including the effect of creep and shrinkage. The algorithm of construction stage analysis is combined with the FE analysis program. It is then applied to predict lateral movement of a 58-story reinforced concrete building that was constructed in Kuala Lumpur, Malaysia. Gravity induced lateral movement of this building is predicted by the construction stage analysis. A field three-dimensional laser scanning survey is carried out to verify the prediction results, and satisfactory agreement is obtained.
The fatigue strength of a nickel-base superalloy was studied. Stress-controlled fatigue tests were carried out at $700^{\circ}C$ and 5 Hz using triangular wave forms. In this study, two kinds of testing procedures were adopted. One is the conventional tension-zero fatigue test(R = 0). The other was a procedure in which the maximum stress was held at 1000 MPa and the minimum stress was diverse from zero to 1000 MPa at 24 and $700^{\circ}C$. The results of the fatigue tests at $700^{\circ}C$ indicate that the fracture mechanism changed according to both the mean stress and the stress range. At a higher stress range, ${\gamma}^{\prime}$ precipitates are sheared by a/2<110> dislocation pairs coupled by APB. Therefore, in a large stress range, the deformation occurred by shearing of ${\gamma}^{\prime}$ by a/2<110> dislocations, which brought about crystallographic shear fracture. As the stress range was decreased, the fracture mode gradually changed from crystallographic shear fracture to gradual growth of fatigue cracks. At an intermediate stress range, as it became more difficult for a/2<110> dislocation pairs to shear ${\gamma}^{\prime}$ particles, cracks started to propagate in the matrix, avoiding the harder ${\gamma}^{\prime}$ particles. High mean stress induced creep deformation, that is, ${\gamma}^{\prime}$ particles were sheared by {111}<112> slip systems, which led to the formation of stacking faults in the precipitates. Thus, the change in fracture mechanism brought about the inversion of the S-N curves.
암석의 시간 의존 변형거동은 암석의 가장 근본적인 역학적 성질 중의 하나이며, 크립거동의 특성과 메커니즘에 대한 연구는 지하 암반 구조물의 장기적 안정성을 평가하는데 필수적이라 할 수 있다. 이에 본 연구에서는 국내 화강암을 대상으로 단축압축하중 하에서 크립시험을 실시하였고, 수분과 응력 수준을 달리하여 각각의 조건에 따른 크립 특성을 비교, 분석하였다. 크립시험 결과 화강암은 1차, 2차 및 3차로 확연히 구분된 크립거동을 보였다. 1차 크립거동은 대체로 24시간 내에 종결되었으며, 2차 크립 변형률은 단축압축강도에 대한 재하응력의 비율이 증가함에 따라 증가하였다. 일정 응력하에서 화강암의 최대강도는 시간에 따라 감소하는 경향을 보였다. 완전 포화된 시료는 자연 건조된 시료보다 훨씬 큰 크립 변형량 및 변형률을 보였으며, 포화시료의 파괴강도 및 파괴시간은 급격히 감소하였다. 본 연구의 크립시험 결과를 버거모델(Burger's model) 및 이전 연구자들에 의해 제안된 두 개의 경험적 모델에 적용하여 크립의 유동상수를 구하였다. 세 개의 모델 모두 화강암의 크립거동을 잘 나타내었으나, 그 중 버거모델이 실험결과와 가장 잘 일치하였다. 각각의 모델에서 결정된 유동상수들은 함수량과 응력 수준에 영향을 받았다. 또한 본 실험결과에 기초하여 자연건조 및 완전 포화된 화강암 시료에 대하여 응력 수준과 시간의존변형의 경험적 관계식을 유도하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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