From typical stress-axial strain curve and stress-volume strain curve of a concrete under uniaxial compression, the initiation and localization of microcracks within the interior of the specimen can be identified. The occurrence of random microcrack indicates the end of the linear elasticity, and the localization of microcrack implies formation of major crack, which triggers the onset of unstable crack propagation. The interval between initiation and localization of microcracks is characterized by a stable microcrack growth. Based on fracture behavior observed from a uniaxial compressive test of a concrete cylinder, a model has been developed to extract fundamental fracture properties of a concrete, i.e. the equivalent fracture toughness and the size of fracture process zone. The introduction of cracking Poisson's ratio accounts for tensile failure characteristics of concrete even under uniaxal compression. To justify the validity of the model proposed, tests on three-point bending have been performed to obtain the fracture toughness in accordance with two parameter fracture model and double-K fracture model. Surprisingly, it yields favorably comparable results and provides an encouraging alternative approach to determine fracture properties for concretes.
This paper proposes a transfer matrix method for the bending vibration of two types of tapered beams subjected to axial force, and it is applied to analyze tapered beams with an edge or multiple edge open cracks. One beam type is assumed to be reduced linearly in the cross-section height along the beam length. The other type is a tapered beam in which the cross-section height and width with the same taper ratio is linearly reduced simultaneously. Each crack is modeled as two sub-elements connected by a rotational spring, and the method can evaluate the effect of cracking on the desired number of eigenfrequencies using a minimum number of subdivisions. Among the power series available for the solutions, the roots of the differential equation are computed using the Frobenius method. The computed results confirm the accuracy of the method and are compared with previously reported results. The effectiveness of the proposed methods is demonstrated by examining specific examples, and the effects of cracking and axial loading are carefully examined by a comparison of the single and double tapered beam results.
Model I interlaminar fracture behaviors of the carbon/epoxy composite, one of the candidate composites for a tilting train carbody, were investigate by the use of DCB(Double cantilever beam) specimens. These specimens were made of CF3327 plain woven fabric with epoxy resin, and an artificial starter delamination was fabricated by inserting Teflon film with the thickness of $12.5{\mu}m$ of $25.0{\mu}m$ at the one end of the specimen. Mode I interlaminar fracture toughness was evaluated for the specimens with the different thickness of an inserter. Also delamination propagating behaviors and interlaminar fracture surface were examined through an ooptical travelling scope and a scanning electron microscope. We found that abruptly unstable crack propagation called as stick-slip phenomena was observed. In addition, interlaminar fracture behaviors were affected on the location and the morphology of a crack tip as well as an interface region.
Gustavo Luz Xavier da Costa;Carlos Alberto Caldeira Brant;Magno Teixeira Mota;Rodolfo Giacomim Mendes de Andrade;Eduardo de Moraes Rego Fairbairn;Pierre Rossi
Computers and Concrete
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제31권2호
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pp.151-161
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2023
This paper presents an investigation of variables that cause spurious cracking in numerical modeling of concrete fracture. Spurious cracks appear due to the approximate nature of numerical modeling. They overestimate the dissipated energy, leading to divergent results with mesh refinement. This paper is limited to quasi-static loading regime, homogeneous models, cracking as the only nonlinear mode of deformation and cracking only due to tensile loading. Under these conditions, some variables that can be related to spurious cracking are: mesh alignment, ductility, crack band width, structure size, mesh refinement and load increment size. Case studies illustrate the effect of each variable and convergence analyses demonstrate that, after all, load-increment size is the most important variable. Theoretically, a sufficiently small load increment is able to eliminate or at least alleviate the detrimental influence of the other variables. Such load-increment size might be prohibitively small, rendering the simulation unfeasible. Hence, this paper proposes two alternatives. First, it is proposed an algorithm that automatically find such small load increment size automatically, which not necessarily avoid large computations. Then, it is proposed a double simulation technique, in which the crack is forced to propagate through the localization zone.
본 논문에서는 알루미늄 폼 복합재료로 된 DCB(이중외팔보) 시험편의 파괴 거동을 시뮬레이션 해석하였다. 시뮬레이션 해석에 사용된 모델은 영국 공업규격과 ISO국제규격에 의거한 3D 형태로 하였다. 모델의 두께가 두꺼울수록 발생한 크랙의 길이가 길게 나타났고, 높은 하중이 발생하였다. 본 연구에서 얻어진 해석 결과를 알루미늄 폼재질로 접합된 실제 복합재 구조물에 적용시켜 파괴거동을 분석하고 그 기계적인 특성을 파악할 수 있다.
Portland cement concrete, which has higher strength and stiffness than asphalt concrete, has been widely applied on pavements. However, the brittle fracture characteristic of cement concrete restricts its application in highway pavement construction. Since the polypropylene fiber can improve the fracture toughness of cement concrete, Polypropylene Fiber-Reinforced Concrete (PFRC) is attracting more and more attention in civil engineering. In order to study the effect of polypropylene fiber on the generation and evolution process of the local deformation band in concrete, a series of three-point bending tests were performed using the new technology of the digital speckle correlation method for FRC notched beams with different volumetric contents of polypropylene fiber. The modified Double-K model was utilized for the first time to calculate the stress intensity factors of instability and crack initiation of fiber-reinforced concrete beams. The results indicate that the polypropylene fiber can enhance the fracture toughness. Based on the modified Double-K fracture theory, the maximum fracture energy of concrete with 3.2% fiber (in volume) is 47 times higher than the plain concrete. No effort of fiber content on the strength of the concrete was found. Meanwhile to balance the strength and resistant fracture toughness, concrete with 1.6% fiber is recommended to be applied in pavement construction.
This work describes the effect of electrode binder on the characteristics of electric double layer capacitor. Among carboxymethylcellulose (CMC), Polyvinylpyrrolidone (PVP), Polyvinyl Alcohol (PVA), and Polyvinylidene Fluoride (PVDF), the unit cell using CMC showed good rate capability at current densities between 2.5 mA/$\textrm{cm}^2$~100 mA/$\textrm{cm}^2$. However, CMC as a binder is incongruent, because the electrode bound with CMC is rigid and easy to crack during a press and winding process for fabrication of capacitor. The unit cell capacitor using the electrode bound with binary binder composed of CMC and Polytetrafluoroethylene (PTFE), especially in composition CMC : PTFE =60 : 40 wt.%, has exhibited the better mechanical properties than those of the unit cell with CMC. On the other hand, the mechanical properties of CMC+PTFE electrode, coated on underlayer composed of CMC and carbon black, were much improved.
The objective of the paper is to study the impact of changing the traditional hull design of bulk carriers by providing them with a double hull while keeping the same deadweight. It is demonstrated that by introducing the double hull the structural reliability is increased throughout the entire life and also the extend of the needed repair is reduced. The results are obtained with recently developed mathematical tools for the reliability assessment of ship hulls subjected to the existence of multiple cracks both in the stiffeners and in the plating and it models the crack growth process. The effect of corrosion is represented as time dependent. The long-term stress range acting on the elements is defined as a function of the local transverse pressure of the internal cargo and outside sea water combined with the stresses resulting from the longitudinal bending of the hull, which is a combined with the stresses resulting from the longitudinal bending of the hull, which is a combineation of horizontal and vertical bending moments. The effect of maintenance actions is modelled as a stochastic process. The results show that a different design of the midship section improves the structural safety and also the economy with respect to structural repair of bulk carriers.
Tapullima, Jonathan;Sim, Hyung Woo;Kweon, Jin Hwe;Choi, Jin Ho
Composites Research
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제32권2호
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pp.102-107
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2019
Several studies related to reinforce composites structures in the through thickness direction have been developed along the years. As follows, in this study a new reinforced process is proposed based on previous experimental results using a novel stitching process in T-joints and one-stitched specimens. It was established the need to perform more analysis under standard test methods to obtain a better understanding. FEM analysis were compared after performed mode I interlaminar fracture toughness test, using different stitching patterns to analyze the through thickness strength with reference laminates without stitching. The stitching patterns were defined in $2{\times}2$ and $3{\times}3$, where the upper and lower head of the non-continuous stitching process (I-Fiber) has proven to influence in a higher through thickness strength of the laminate. In order to design the numerical model, cohesive parameters were required to define the surface to surface bonding elements using the cohesive zone method (CZM) and simulate the crack opening behavior from the double cantilever beam (DCB) test.
하이브리드 복합재료(Hybrid composites) 의 층간 파괴 인성치에 영향을 주는 인자 중 적층순서, 하중점변위율, 초기크랙길이를 변화 시켰을 때의 실험 결과는 다음과 같다. (1) CF/CF, CF/GF. GF/GF로 적층하였을 경우 층간파괴인성치값은 서로 같은 계면을 성형한 것보다 서로 다른 계면을 적층한 CF/GF의 경우가 강도면에서 가장 높게 나타나는 것을 알 수 있었다. (2) 하중점변위율은 미세한 변동은 있었으나, 하중점변위율의 영향은 거의 받기 않는 것을 알 수 있었다. (3) 초기크랙을 변화시켰을 때, 초기크랙길이의 영향은 일정하지 않았다. CF/CF인 경우는 초기크랙이 짧은 경우, CF/GF. GF/GF인 경우는 초기크랙이 긴 경우에 높은 값을 나타났다. 이것은 GF 섬유가 직조형태의 프리프레그로 되어 있어 크랙의 진전에 따라 섬유부스러기 등의 생성에 따른 영향이라고 생각된다. (4) 적층순서에 따라 파면의 섬유 분포 형태가 달랐으며 CF/GF인 경우가 섬유의 파손형태가 가장 복잡하게 나타났으며, 이것이 높은 층간파괴인성치를 나타내는 원인이라고 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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