Wang, Meng;Shi, Yongjiu;Wang, Yuanqing;Xiong, Jun;Chen, Hong
Steel and Composite Structures
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제15권4호
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pp.357-377
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2013
In order to study the degradation and damage behaviors of steel frame welded connections, two series of tests in references with different connection constructions were carried out subjected to various cyclic loading patterns. Hysteretic curves, degradation and damage behaviours and fatigue properties of specimens were firstly studied. Typical failure modes and probable damage reasons were discussed. Then, various damage index models with variables of dissipative energy, cumulative displacement and combined energy and displacement were summarized and applied for all experimental specimens. The damage developing curves of ten damage index models for each connection were obtained. Finally, the predicted and evaluated capacities of damage index models were compared in order to describe the degraded performance and failure modes. The characteristics of each damage index model were discussed in depth, and then their distributive laws were summarized. The tests and analysis results showed that the loading histories significantly affected the distributive shapes of damage index models. Different models had their own ranges of application. The selected parameters of damage index models had great effect on the developing trends of damage curves. The model with only displacement variable was recommended because of a more simple form and no integral calculation, which was easier to be formulated and embedded in application programs.
The structural steels of power plant show the decrease of mechanical properties due to degradation such as temper embrittlement, creep damage and softening during long-term operation at high temper ature. The typical causes of material degradation damage are the creation and coarsening of carbides(M23C6, M6C) and the segregation of impurities(P, Sb and Sn) to grain boundary. It is also well known that material degradation induces the cleavage fracture and increases the ductile-brittle transition temperature of steels. So, it is very important to evaluate degradation damage to secure the reliable and efficient service condition and to prevent brittle failure in service. However, it would not be appropriate to sample a large test piece from in-service components. Therefore, it is necessary to develop a couple of new approaches to the non-destructive estimation technique which may be applicable to assessing the material degradation of the components with not to influence their essential strength. The purpose of this study is to propose and establish a new electrochemical technique for non-destructive evaluation of material degradation damage for Cr-Mo steels which is widely used in the high temperature structural components. And the electrochemical anodic polarization test results are compared with those of semi-nondestructive SP test.
A low-cycle loading experiment of 16 transfer column specimens was conducted to study the influence of parameters, likes the extension length of shape steel, the ratio of shape steel, the axial compression ratio and the volumetric ratio of stirrups, on the shear distribution between steel and concrete, the concrete damage state and the degradation of lateral stiffness. Shear force of shape steel reacted at the core area of concrete section and led to tension effect which accelerated the damage of concrete. At the same time, the damage of concrete diminished its shear capacity and resulted in the shear enlargement of shape steel. The interplay between concrete damage and shear force of shape steel ultimately made for the failures of transfer columns. With the increase of extension length, the lateral stiffness first increases and then decreases, but the stiffness degradation gets faster; With the increase of steel ratio, the lateral stiffness remains the same, but the degradation gets faster; With the increase of the axial compression ratio, the lateral stiffness increases, and the degradation is more significant. Using more stirrups can effectively restrain the development of cracks and increase the lateral stiffness at the yielding point. Also, a formula for calculating the yielding lateral stiffness is obtained by a regression analysis of the test data.
The mechanical properties and damage mode of {{{{ {Y}_{2 } {O}_{3} }}-doped tetragonal (Y-TZP) can-didated as biomaterials were performed under indentation stress-strain curve critical load for yield and cracking strength degradation and fatigue behavior with Hertzian indentation tests. This material shows the brittle behavior which is confirmed by indentation stress-strain response. The critical load for cracking(Pc) is much higher than that for yields (Py) indicating crack resistance Strength were strongly dependant on contact area and there were no degradation when the indenter size was ${\gamma}$=3.18 mm suggesting that Y-TZP should be highly damage tolerant to the blunt contacts. Multi-cycle contact were found to be innocuous up to {{{{ {10 }^{6 } }} cycles at 500N and {{{{ {10 }^{5 } }} cycles at 1000N in water. On the other hand contacts at {{{{ {10 }^{6 } }} cycles at 1000 N in water did show some signs of incipient degradation. By contrast contacts with Vickers indenter pro-duced substantial strength losses at much lower loads suggesting that the mechanical integrity of this ma-terial would be compromised by inadvertent sharp contacts.
In order to investigate the accuracy and applicability of steel equivalent constitutive model, the calculated results were compared with typical tests of steel frames under static and dynamic loading patterns firstly. Secondly, four widely used models for time history analysis of steel frames were compared to discuss the applicability and efficiency of different methods, including shell element model, multi-scale model, equivalent constitutive model (ECM) and traditional beam element model (especially bilinear model). Four-story steel frame models of above-mentioned finite element methods were established. The structural deformation, failure modes and the computational efficiency of different models were compared. Finally, the equivalent constitutive model was applied in seismic incremental dynamic analysis of a ten-floor steel frame and compared with the cyclic hardening model without considering damage and degradation. Meanwhile, the effects of damage and degradation on the seismic performance of steel frame were discussed in depth. The analysis results showed that: damages would lead to larger deformations. Therefore, when the calculated results of steel structures subjected to rare earthquake without considering damage were close to the collapse limit, the actual story drift of structure might already exceed the limit, leading to a certain security risk. ECM could simulate the damage and degradation behaviors of steel structures more accurately, and improve the calculation accuracy of traditional beam element model with acceptable computational efficiency.
In this paper damage propagation of a material during forming is investigated with the concept of continuum damage mechanics. An isotropic damage model based on the theory of materials of type N is adopted to describe the damage process of a ductile material with large elasto-viscoplastic deformation. The stiffness degradation of the loaded material is chosen as a damage measure. The highly nonlinear equilibrium equations are reduced to the incremental weak form and approximated by the total Lagrangian finite element method. To simulate contact condition, extended interior penalty method with modified coulomb friction law is adopted. The displacement control method along with the modified Riks' continuation technique is used to solve the incremental iterative equations. As numerical examples, upsetting problem and backward extrusion problem are simulated and the results of damage propagation and $J_2$ stress contours with and without friction are presented.
The degradation of wood is maimly caused by biological and thermal factor. In general, the field of wood preservation can be divided into two broadcategories; namely the deterioration, protection of wood, and the teatment of wood with preservatives. Wood in sea or brackish water incurs marine borer damage, consisting of attack by marine animal and also wood on land suffers severely from insect damage. But the largest wood degradation is caused by microorganism. Animals that attack wood in a marine environment are especially destructive in warm water-regions, little was achieved in their control recently. Therefore this manuscript only introduce the importance of wood deterioration caused by marine animal.
Erkmen, R. Emre;Gowripalan, Nadarajah;Sirivivatnanon, Vute
Computers and Concrete
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제19권3호
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pp.315-323
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2017
Within the context of continuum mechanics, inelastic behaviours of constitutive responses are usually modelled by using phenomenological approaches. Elasto-plastic damage modelling is extensively used for concrete material in the case of progressive strength and stiffness deterioration. In this paper, a review of the main features of elasto-plastic damage modelling is presented for uniaxial stress-strain relationship. It has been reported in literature that the influence of Alkali-Silica Reaction (ASR) can lead to severe degradations in the modulus of elasticity and compression strength of the concrete material. In order to incorporate the effects of ASR related degradation, in this paper the constitutive model of concrete is based on the coupled damage-plasticity approach where degradation in concrete properties can be captured by adjusting the yield and damage criteria as well as the hardening moduli related parameters within the model. These parameters are adjusted according to results of concrete behaviour from the literature. The effect of ASR on the dynamic behaviour of a beam and a column are illustrated under moving load and cyclic load cases.
Earthquakes occur as a cluster in many regions around the world where complex fault systems exist. The repeated shaking usually induces accumulative damage to affected structures. Damage accumulation in structural systems increases their level of degradation in stiffness and also reduces their strength. Many existing analytical tools of modeling RC structures lack the salient damage features that account for stiffness and strength degradation resulting from repeated earthquake loading. Therefore, these tools are inadequate to study the response of structures in regions prone to multiple earthquakes hazard. The objective of this paper is twofold: (a) develop a tool that contains appropriate damage features for the numerical analysis of RC structures subjected to more than one earthquake; and (b) conduct a parametric study that investigates the effects of multiple earthquakes on the response of RC moment resisting frame systems. For this purpose, macroscopic constitutive models of concrete and steel materials that contain the aforementioned damage features and are capable of accurately capturing materials degrading behavior, are selected and implemented into fiber-based finite element software. Furthermore, finite element models that utilize the implemented concrete and steel stress-strain hysteresis are developed. The models are then subjected to selected sets of earthquake sequences. The results presented in this study clearly indicate that the response of degrading structural systems is appreciably influenced by strong-motion sequences in a manner that cannot be predicted from simple analysis. It also confirms that the effects of multiple earthquakes on earthquake safety can be very considerable.
본 연구에서는 고온에서 높은 강도특성을 유지하면서 동시에 내마모성이 뛰어 나 가스터어빈의 부재로서의 사용이 기대되는 탄화규소(SiC) 세라믹에 대하여, 고체입 자의 충격에 의해 생기는 손상에 미치는 입자의 재질 및 크기의 영향을 조사하였다. 또 각 형태의 손상발생 임계치와 강도저하에 미치는 입자크기의 영향에 관해서도 검토 하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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