Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.32
no.10
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pp.856-865
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2008
Damage mechanisms in bending piezoelectric actuators under electric fatigue loading are addressed in this work with the aid of an acoustic emission (AE) technique. Electric cyclic fatigue tests have been performed up to $10^7$ cycles on the fabricated bending piezoelectric actuators. An applied electric loading range is from -6 kV/cm to +6 kV/cm, which is below the coercive field strength of the PZT ceramic. To confirm the fatigue damage onset and its pathway, the source location and distributions of the AE behavior in terms of count rate and amplitude are analyzed over the fatigue range. It is concluded that electric cyclic loading leads to fatigue damages such as transgranular damages and intergranular cracking in the surface of the PZT ceramic layer, and intergranular cracking even develops into the PZ inner layer, thereby degrading the displacement performance. However, this fatigue damage and cracking do not cause the final failure of the bending piezoelectric actuator loaded up to $10^7$ cycles. Investigations of the AE behavior and the linear AE source location reveal that the onset time of the fatigue damage varies considerably depending on the existence of a glass-epoxy protecting layer.
Reliable estimation of compressive as well as tensile in-situ stresses is critical in the design and analysis of underground structures and openings in rocks. Kaiser effect technique, which uses acoustic emission from rock specimens under cyclic load, is well established for the estimation of in-situ compressive stresses. This paper investigates the Kaiser effect on marble specimens under cyclic uniaxial compressive as well as cyclic uniaxial tensile conditions. The tensile behavior was studied by means of Brazilian tests. Each specimen was tested by applying the load in four loading cycles having magnitudes of 40%, 60%, 80% and 100% of the peak stress. The experimental results confirm the presence of Kaiser effect in marble specimens under both compressive and tensile loading conditions. Kaiser effect was found to be more dominant in the first two loading cycles and started disappearing as the applied stress approached the peak stress, where felicity effect became dominant instead. This behavior was observed to be consistent under both compressive and tensile loading conditions and can be applied for the estimation of in-situ rock stresses as a function of peak rock stress. At a micromechanical level, Kaiser effect is evident when the pre-existing stress is smaller than the crack damage stress and ambiguous when pre-existing stress exceeds the crack damage stress. Upon reaching the crack damage stress, the cracks begin to propagate and coalesce in an unstable manner. Hence acoustic emission observations through Kaiser effect analysis can help to estimate the crack damage stresses reliably thereby improving the efficiency of design parameters.
Deformational characteristics of soils, often expressed in terms of shear modulus and material damping ratios, are important parameters in the design of soil-structure systems subjected to cyclic and dynamic loadings. In this paper, deformational characteristics of dry sand at small to intermediate strains were investigated using resonant column/torsional shear(RC 175) apparatus. Both resonant column(dynamic) and torsional shear (cyclic) tests were performed in a sequential series on the same specimen. With the modification of motion monitoring system, the elastic zone, where the stress strain relationship is independent of loading cycles and strain amplitude, was veri tied and hysteretic damping was found even in this zone. At strains above cyclic threshold, shear modulus increases and damping ratio decreases with increasing number of loading cycles. Moduli and damping ratios of dry sand are independent of loading frequency and values obtained from pseudostatic torsional shear tests are Identical with the values from the dynamic resonant column test, provided the effect of number of loading cycles is considered in the conlparison. Therefore, deformational characteristics determined by RC/TS tests may be applied in both dynamic and static analyses of soil-structure systems.
Mehl, Christian Johannes;Steiner, Martin;Ludwig, Klaus;Kern, Matthias
The Journal of Advanced Prosthodontics
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v.7
no.4
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pp.323-328
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2015
PURPOSE. This in-vitro study was designed to evaluate retention forces, microleakage and plastic deformation of a prefabricated 2-implant bar attachment system (SFI-Bar, Cendres+$M{\acute{e}}taux$, Switzerland). MATERIALS AND METHODS. Two SFI implant-adapters were torqued with 35 Ncm into two implant analogues. Before the tube bars were finally sealed, the inner cavity of the tube bar was filled with liquid red dye to evaluate microleakage. As tube bar sealing agents three different materials were used (AGC Cem (AGC, resin based), Cervitec Plus (CP; varnish) and Gapseal (GS; silicone based). Four groups with eight specimens each were tested (GS, GS+AGC, AGC, CP). For cyclic loading, the attachment system was assembled parallel to the female counterparts in a chewing simulator. The mean retention forces of the initial and final ten cycles were statistically evaluated (ANOVA, ${\alpha}{\leq}.05$). RESULTS. All groups showed a significant loss of retention forces. Their means differed between 30-39 N initially and 22-28 N after 50,000 loading cycles. No significant statistical differences could be found between the groups at the beginning (P=.224), at the end (P=.257) or between the loss of retention forces (P=.288). Microleakage occurred initially only in some groups but after 10,000 loading cycles all groups exhibited microleakage. CONCLUSION. Long-term retention forces of the SFI-Bar remained above 20 N which can be considered clinically sufficient. The sealing agents in this study are not suitable to prevent microleakage.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2001.04a
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pp.323-328
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2001
The behavior of bridge column under multi-directional loading as well as uni-directional loading need to be studied because bridge columns will be subjected to the multi-directional cyclic loading during a strong earthquake. To evaluate the capacity of columns, uni-axial cyclic loading tests and bi-axial alternate cyclic loading tests were carried out. The number of cycles of alternate bi-axial loading were determined considering the ratio of natural frequencies in two orthogonal directions. From the test results, strength degradation and ductility reduction were observed in biaxial loading conditions. Their rates were found to be more rapid in the loading pattern that was determined considering the different natural frequencies.
The influence of cyclic loading history on the creep behavior of the 30 vol% hot-pressed $SiC_f/Si_3N_4copmposite was experimentally investigated at $1200^{\circ}C$. The duration of loading/unloading had great effects on the creep behaviors. The short term duration cyclic loading history test results showed significant reduction in the primary and steady-state creep rates. For example, 300sec loading/300sec unloading history resulted in 70% lower steady-state creep rate than that of the continuous loading. However the long term duration cyclic loading history test results showed little change in creep rates compared to those of the continuous one. The reason for the significant change in the short term duration cycles was estimated due to the change in the stress redistribution between the fiber and matrix during the creep recovery in the primary stage.
Granite cores were sampled within Korea Atomic Energy Research Institute and cyclic loadings up to 1550 cycles were applied. Microcrack development in samples due to cyclic loading was estimated using Acoustic Emission(AE) method. AE showed two different types depending on numbers of cycle. Type 1 appeared at low cycles and had low energy and diverse frequencies, while type 2 appeared at high cycles and had high energy and uniform frequency. AE property of type 1 indicates voids and pre-existing microcracks in samples may close or propagate up to certain length. Microcracks may be sheared or closed during loading and are recovered from shear or opened during unloading when AE of type 2 were measured. P wave velocities and Felicity ratios were measured at 50, 150, 350, 750, 1550 cycles. P wave velocities were almost the same regardless of number of cycles applied. However, Felicity ratios were much lower than 0.9, indicating that microcracks were developed within samples. This result indicates that Felicity ratio is a better tool than P wave velocity to estimate the damage of rock.
P wave velocities of core samples from the Pocheon granite were measured before and after applications of cyclic loading. Then. distribution of the pre-existing microcracks and microcracks developed due to the cyclic loading was investigated by analyzing P wave velocity anisotropies and microscopic observations from thin sections. Anisotropy constants were calculated with three different ways: (1) $C_A$ between the maximum and the minimum velocities, (2) $C_AI$ between velocities measured along the axial direction and the average of six velocities measured in the planes perpendicular to the loading axis (rift plane) and (3) $C_AII$ between the maximum and the minimum velocities measured in the plane perpendicular to the loading axis. Among anisotropy constants. $C_AI$ was the most effective anisotropy constant to identify the rift plane whose orientation is parallel to the pre-existing microcracks as well as the distribution of stress induced microcracks. $C_AI$ decreased after cyclic loading and the relationship between $C_AI$ and number of cycles shows comparatively coherent negative trends. indicating that stress induced microcracks are aligned perpendicular to the orientation of pre-existing microcracks and that the amounts are proportional to the number of loading cycles. The difference of anisotropy constants before and after cyclic loading was effective in delineating the level of cracks and we called it Induced Crack Index. Velocity measurements and microscopic observations show that anisotropy was caused mainly due to microcracks aligned to a particular direction.
Khalaj, Omid;Tafreshi, Seyed Naser Moghaddas;Mask, Bohuslav;Dawson, Andrew R.
Geomechanics and Engineering
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v.9
no.3
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pp.373-395
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2015
Comprehensive results from cyclic plate loading at a diameter of 300 mm supported by layers of geocell are presented. The plate load tests were performed in a test pit measuring $2000{\times}2000mm$ in plane and 700 mm in depth. To simulate half and full traffic loadings, fifteen loading and unloading cycles were applied to the loading plate with amplitudes of 400 and 800 kPa. The optimum embedded depth of the first layer of geocell beneath the loading plate and the optimum vertical spacing of geocell layers, based on plate settlement, are both approximately 0.2 times loading plate diameter. The results show that installation of the geocell layers in the foundation bed, increase the resilient behavior in addition to reduction of accumulated plastic and total settlement of pavement system. Efficiency of geocell reinforcement was decreased by increasing the number of the geocell layers for all applied stress levels and number of cycles of applied loading. The results of the testing reveal the ability of the multiple layers of geocell reinforcement to 'shakedown' to a fully resilient behavior after a period of plastic settlement except when there is little or no reinforcement and the applied cyclic pressure are large. When shakedown response is observed, then both the accumulated plastic settlement prior to a steady-state response being obtained and the resilient settlements thereafter are reduced. The use of four layers of geocell respectively decreases the total and residual plastic settlements about 53% and 63% and increases the resilient settlement 145% compared with the unreinforced case. The inclusion of the geocell layers also reduces the vertical stress transferred down through the pavement by distributing the load over a wider area. For example, at the end of the load cycle of the applied pressure of 800 kPa, the transferred pressure at the depth of 510 mm is reduced about 21.4%, 43.9%, 56.1% for the reinforced bases with one, two, and three layers of geocell, respectively, compared to the stress in the unreinforced bed.
This paper describes an experimental study on the seismic performance of steel reinforced concrete (SRC) T-shaped columns. The lateral loads were applied along the web of the column with different loading histories, such as monotonic loading, mixed loading of variable amplitude cyclic loading and monotonic loading, constant amplitude cyclic loading and variable amplitude cyclic loading. The failure modes, load-displacement curves, characteristic loads and displacements, ductility, strength and stiffness degradations and energy dissipation capacity of the column were analyzed. The effects of loading history on the seismic performance were focused on. The test results show that the specimens behaved differently in the aspects of the failure mode subject to different loading history, although all the failure modes can be summarized as flexural failure. The hysteretic loops of specimens are plump, and minimum values of the failure drift angles and ductility coefficients are 1/24 and 4.64, respectively, which reflect good seismic performance of SRC T-shaped column. With the increasing numbers of loading cycles, the column reveals lower bearing capacity and ductility. The strength and stiffness of the column with variable amplitude cyclic loading degrades more rapidly than that with constant amplitude cyclic loading, and the total cumulative dissipated energy of the former is less.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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