The failure behavior and tensile strength of sandstone materials under different strain rates are greatly different, especially under static loads and impact loads. In order to clearly investigate the failure mechanism of sandstone materials under static and impact loads, a series of Brazilian disc samples were used by employing green sandstone, red sandstone and black sandstone to carry out static and impact loading splitting tensile tests, and the failure properties subjected to two different loading conditions were analyzed and discussed. Subsequently, the failure behavior of sandstone materials also were simulated by finite element code. The good agreement between simulation results and experimental results can obtain the following significantly conclusions: (1) The relationship of the tensile strength among sandstone materials is that green sandstone < red sandstone < black sandstone, and the variation of the tensile sensitivity of sandstone materials is that green sandstone > red sandstone > black sandstone; (2) The mainly cause for the difference of dynamic tensile strength of sandstone materials is that the strength of crystal particles in sandstone material, and the tensile strength of sandstone is proportional to the fractal dimension; (3) The dynamic failure behavior of sandstone is greatly different from that of static failure behavior, and the dynamic tensile failure rate in dynamic failure behavior is about 54.92%.
Bu, Jingwu;Chen, Xudong;Liu, Saisai;Li, Shengtao;Shen, Nan
Computers and Concrete
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제22권3호
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pp.291-303
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2018
As the concept of "sponge city" is proposed, the pervious concrete for permeable pavement has been widely used in pavement construction. This paper aims at investigating the dynamic behavior and energy evolution of pervious concrete under impact loading. The dynamic compression and split tests are performed on pervious concrete by using split Hopkinson pressure bar equipment. The failure criterion on the basis of incubation time concept is used to analyze the dynamic failure. It is demonstrated that the pervious concrete is of a strain rate sensitive material. Under high strain rate loading, the dynamic strength increases while the time to failure approximately decreases linearly as the strain rate increases. The predicted dynamic compressive and split tensile strengths based on the failure criterion are in accordance with the experimental results. The total damage energy is found to increase with the increasing of strain rate, which means that more energy is needed to produce irreversible damage as loading rate increases. The fractal dimensions are observed increases with the increasing of impact loading rate.
Material failure behavior is generally dependent on loading rate. Especially in brittle and quasi-brittle materials, rate dependent material behavior can be significant. Empirical formulations are often used to predict the rate dependency, but such methods depend on extensive experimental works and are limited by practical constraints of physical testing. Numerical simulation can be an effective means for extracting knowledge about rate dependent behavior and for complementing the results obtained by testing. In this paper, the failure behavior of a brittle material under different loading rates is simulated by molecular dynamics analysis. A notched specimen is modeled by sub-million particles with a normalization scheme. Lennard-Jones potential is used to describe the interparticle force. Numerical simulations are performed with six different loading rates in a direct tensile test, where the loading velocity is normalized to the ratio of the pseudo-sonic speed. As a consequence, dynamic features are achieved from the numerical experiments. Remarkable failure characteristics, such as crack surface interaction/crack arrest, branching, and void nucleation, vary in case of the six loading cases. These characteristics are interpreted by the energy concept approach. This study provides insight into the change in dynamic failure mechanism under different loading rates.
The armor composite material targets such as aramid FRMLs with different type and ply number of face material and different type of back-up material, were studied to determine ballistic impact resistance and dynamic failure behavior during ballistic impact. Ballistic impact resistance is determined by $\textrm{V}_{50}$ ballistic limit, a statical velocity with 50% probability for complete penetration, test method. Also dynamic failure behaviors are respectfully observed that result from $\textrm{V}_{50}$ tests. $\textrm{V}_{50}$ tests with $0^{\circ}$ obliquity at room temperature were conducted with projectiles that were able to achieve near or complete penetration during high velocity impact tests. As a result, ballistic impact resistance of anodized Al 5052-H34 alloy(2 ply) is better than that of anodized Al 5052-H34 alloy(1 ply), but Titanium alloy showed the similar ballistic impact resistance. In the face material, ballistic impact resistance of titanium alloy is better than that of anodized Al 5052-H34 alloy. In the back-up material, ballistic impact resistance of T750 type aramid fiber is better than that of CT709 type aramid fiber.
Instability of bolted rock mass has been a major hazard in the underground coal mining industry for decades. Developing effective support guidelines requires understanding of complex bolted rock mass failure mechanisms. In this study, the dynamic failure behavior, mechanical behavior, and energy evolution of a laboratory-scale bolted specimens is studied by conducting laboratory static-dynamic coupled loading tests. The results showed that: (1) Under static-dynamic coupled loading, the stress-strain curve of the bolted rock mass has a significant impact velocity (strain rate) correlation, and the stress-strain curve shows rebound characteristics after the peak; (2) There is a critical strain rate in a rock mass under static-dynamic coupled loading, and it decreases exponentially with increasing pre-static load level. Bolting can significantly improve the critical strain rate of a rock mass; (3) Compared with a no-bolt rock mass, the dissipation energy ratio of the bolted rock mass decreases exponentially with increasing pre-static load level, the ultimate dynamic impact energy and dissipation energy of the bolted rock mass increase significantly, and the increasing index of the ratio of dissipation energy increases linearly with the pre-static load; (4) Based on laboratory testing and on-site microseismic and stress monitoring, a design method is proposed for a roadway bolt support against dynamic load disturbance, which provides guidance for the design of deep underground roadway anchorage supports. The research results provide new ideas for explaining the failure behavior of anchorage supports and adopting reasonable design and construction practices.
Anchor channels are commonly used for façade, tunnel, and structural connections. These connections encounter various types of loadings during their service life, including high rate or impact loading. For anchor channels that are placed close and parallel to an edge and loaded in shear perpendicular to and towards the edge, the failure is often governed by concrete edge breakout. This study investigates the transverse shear behavior of the anchor channels under quasi-static and high rate loadings using a numerical approach (3D finite element analysis) utilizing a rate-sensitive microplane model for concrete as constitutive law. Following the validation of the numerical model against a test performed under quasi-static loading, the rate-sensitive static, and rate-sensitive dynamic analyses are performed for various displacement loading rates varying from moderately high to impact. The increment in resistance due to the high loading rate is evaluated using the dynamic increase factor (DIF). Furthermore, it is shown that the failure mode of the anchor channel changes from global concrete edge failure to local concrete crushing due to the activation of structural inertia at high displacement loading rates. The research outcomes could be valuable for application in various types of connection systems where a high rate of loading is expected.
Hur, Jieun;Althoff, Eric;Sezen, Halil;Denning, Richard;Aldemir, Tunc
Nuclear Engineering and Technology
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제49권2호
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pp.387-394
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2017
Seismic probabilistic risk assessment (SPRA) requires a large number of simulations to evaluate the seismic vulnerability of structural and nonstructural components in nuclear power plants. The effect of structural modeling and analysis assumptions on dynamic analysis of 3D and simplified 2D stick models of auxiliary buildings and the attached nonstructural components is investigated. Dynamic characteristics and seismic performance of building models are also evaluated, as well as the computational accuracy of the models. The presented results provide a better understanding of the dynamic behavior and seismic performance of auxiliary buildings. The results also help to quantify the impact of uncertainties associated with modeling and analysis of simplified numerical models of structural and nonstructural components subjected to seismic shaking on the predicted seismic failure probabilities of these systems.
한국지진공학회 2000년도 추계 학술발표회 논문집 Proceedings of EESK Conference-Fall 2000
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pp.348-355
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2000
The characteristics on non linear behavior and the failure mechanism of RC space frame structure serving railway under seismic action have been investigated by numerical analysis in time domain. The structure concerned is modeled in 3 dimensional extent and RC frame elements with fibers are employed. Fibers are characterized as RC one and PL one to distinguish different energy release after cracking. Due to deviation of mass center and stiffness center of entire structure the complex behavior under seismic action is shown. The excessive shear force is concentrated on the pier beside flexible one relatively, which leads to failure of bridge concerned.
최근 F-5 항공기 외부 연료탱크 수평 핀의 균열결함이 크게 증가함에 따라 원인 규명이 필요하다. 본 연구에서는 수평 핀의 동적거동을 유한요소법을 이용하여 피로해석 측면에서 정량적으로 평가하였다. 이를 위해 스피드 브레이크(speed brake)에 의한 동하중 이력을 적용하여 시간영역과 주파수영역의 피로해석을 수행하였다. 연구결과 수평 핀은 동적거동 영향으로 피로수명이 감소되었음을 입증하였다.
비선형동적해석을 통하여 RC 입체라멘교에 대한 지진거동특성 및 파괴메카니즘에 관한 연구를 수행하였다. 파이버모델에 기초한 RC 프레임요소를 교각에 도입하여 3차원영역에서 모델링하여 비선형동적해석을 수행하였다. 해석의 정확성을 향상시키기 위하여 균열 진전후 콘크리트와 철근의 부작특성에 의한 재료역학적 특성차이를 고려하기 위하여 파이버는 철근영역(RC zone)과 무근영역(PC zone)으로 영역화하였다. 대상교량은 관성력 중심위치와 교량의 강성중심 위치가 일치하지 않아 비틀림을 동반한 복잡한 지진거동특성을 나타내었다. 이러한 거동특성에 의하여 유연한 교각 옆에 위치하는 상대적 강성이 큰 교각에 과다한 지진하중이 집중되어 파괴에 이르는 것으로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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