In this study, effect of horizontal in situ stress on failure mechanism around underground openings excavated in isotropic, elastic rock zones is investigated. For estimating the plastic zone occurrence, an induced stress influence area approach (Bray Equations) was modified to define critical stress ratio according to the Mohr-Coulomb failure criterion. Results obtained from modified calculations were compared with results of some other analytical solutions for plastic zone thickness estimation and the numerical modelling (finite difference method software, FLAC2D) study. Plastic zone and its geometry around tunnels were analyzed for different in situ stress conditions. The modified equations gave similar results with those obtained from the other approaches. However, safer results were calculated using the modified equations for high in situ stress conditions and excessive ratio of horizontal to vertical in situ stresses. As the outcome of this study, the modified equations are suggested to use for estimating the plastic zone occurrence and its thickness around the tunnels with circular cross-section.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.7
no.1
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pp.62-66
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2008
Machine parts subjected to fluctuating or cyclic loads induce repeated stresses that often result in failure by fatigue. In such cases, the fatigue failures unfortunately sometimes occur. These may arise from a lack of knowledge with regard to the design, fabrication and operation of the machines or structures. The failure analysis provides valuable information regarding the prevention of similar failures. Furthermore, this information will be useful to improve or to develop new products. Failure stress analysis is classified into X-ray fractography. X-ray fractography has the limited applications because of material crystal size, difficult measurement method, electrolytic polishing precision, and long test time. Therefore, this study proposed the new method to improve the measurement precision of plastic zone depth and test time using TRIZ.
Concrete is a heterogeneous material containing many weaknesses such as micro-cracks, pores and grain boundaries. The crack growth mechanism and failure behavior of concrete structures depend on the plastic deformation created by these weaknesses. In this article the non-linear finite element method is used to analyze the effect of presence of micro pore near a crack tip on both of the characteristics of crack tip plastic zone (its shape and size) and crack growth properties (such as crack growth length and crack initiation angle) under pure shear loading. The FE Code Franc2D/L is used to carry out these objectives. The effects of the crack-pore configurations and the spacing between micro pore and pre-excising crack tip on the characteristics of crack tip plastic zone and crack growth properties is highlighted. Based on the obtained results, the relative distance between the crack tip and the micro pore affects in very significant way the shape and the size of the crack tip plastic zone. Furthermore, crack growth length and crack initiation angle are mostly influenced by size and shape of plastic zone ahead of crack tip. Also the effects of pore decrease on the crack tip by variation of pore situation from linear to perpendicular configuration. The critical position for a micro pore is in front of the crack tip.
In order to investigate the flexural bearing capacity of panel zone of diaphragm-through joint between concrete filled square steel tubular column and steel beam, four specimens were tested under static tension loads to study the mechanical properties and bearing capacity of diaphragm-through joints with a failure mode of panel zone. Finite element models of these specimens were developed to simulate the test and compare the predicted failure modes, load-displacement curves and bearing capacities with the experimentally observed. It was found that the tensile load from the steel beam flange is mainly shared by the square steel tube and the diaphragm. The diaphragm plastic zone appears along the cross-section lines enclosed by the square steel tube and the influence of steel beam web on the plastic zone of the steel tube is significant and cannot be neglected. Computational models of yield lines on square steel tube and diaphragm are established based on the distribution pattern of the plastic zone, and an analytical method for the evaluation of the bearing capacity of the joint is proposed. The theoretical results and the experimental data are compared and found in good agreement.
The deformation behavior of the excavated behind ground due to the displacement shape of retention walls is predicted by numerical analysis, which can be performed using the artificial displacement method with elasto-plastic constitutive model. The displacement shape of the behind ground around the retention wall is similar to the displacement shape of the retention wall. However, far from the retention wall, it changes to the displacement shape of cantilever. The deformation (the settlement, the lateral movement) of the excavated behind ground can be decreased by restraining the upper displacement of the retention wall. The displacement shape of the retention wall due to excavation affects on the plastic failure zone and decreasing zone of stability of the excavated behind ground.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.8
s.239
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pp.1070-1077
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2005
The $40\%$ of wall thickness criterion which has been used as a plugging rule is applicable only to a single cracked steam generator tubes. In the previous studies performed by authors, several failure prediction models were introduced to estimate the plastic collapse pressures of steam generator tubes containing collinear or parallel two adjacent axial through-wall cracks. The objective of this study is to examine the failure prediction models and propose optimum ones for non-aligned two axial through-wall cracks in steam generator tubes. In order to determine the optimum ones, a series of plastic collapse tests and finite element analyses were carried out for steam generator tubes with two machined non-aligned axial through-wall cracks. Thereby, either the plastic zone contact model or COD based model was selected as the optimum one according to axial distance between two clacks. Finally, the optimum failure prediction model was used to demonstrate the conservatism of flaw characterization rules for various multiple flaws according to ASME code.
The 40% of wall criterion, which is generally used for the plugging of steam generator tubes, may be applied only to a single crack. In the previous study, a total of 9 failure models were introduced to estimate the local failure of the ligament between cracks and the optimum coalescence model of multiple collinear cracks was determined among these models. It is, however, known that parallel axial cracks are more frequently detected during an in-service inspection than collinear axial cracks. The objective of this study is to determine the plastic collapse model which can be applied to the steam generator tube containing two parallel axial through-wall cracks. Nine previously proposed local failure models were selected as the candidates. Subsequently interaction effects between two adjacent cracks were evaluated to screen them. Plastic collapse tests for the plate with two parallel through-wall cracks and finite element analyses were performed for the determination of the optimum plastic collapse model. By comparing the test results with the prediction results obtained from the candidate models, a plastic zone contact model was selected as an optimum model.
Journal of the Korean Society of Environmental Restoration Technology
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v.5
no.5
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pp.11-21
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2002
A series of model tests is performed to evaluate the relationship between soil and a buried pipe in soil undergoing lateral movement. As the result of the model tests, a wedge zone and plastic flow zones could be observed in front of the pipe. And also an arc failure of cylindrical cavity could be observed at both upper and lower zones. Failure shapes in both cohesionless and cohesive soils are nearly same, which was investigated failure angle of $45^{\circ}+{\phi}/2$. In the cohesionless soil, the higher relative density produces the larger arc of cylindrical cavity. On the basis of failure mode observed from model tests, the lateral earth pressure acting on a buried pipe in soil undergoing lateral movement could be applying the cylindrical cavity extension mode. The deformation behavior of soils was typically appeared in three divisions, which are elastic zones, plastic zones and pressure behavior zones.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.11
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pp.1813-1821
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2004
Until now, the 40% of wall thickness criterion, which is generally used for the plugging of steam generator tubes, has been applied only to a single cracked geometry. In the previous study by the authors, a total number of 9 local failure prediction models were introduced to estimate the coalescence load of two collinear through-wall cracks and, then, the reaction force model and plastic zone contact model were selected as the optimum ones. The objective of this study is to estimate the coalescence load of two collinear through-wall cracks in steam generator tube by using the optimum local failure prediction models. In order to investigate the applicability of the optimum local failure prediction models, a series of plastic collapse tests and corresponding finite element analyses for two collinear through-wall cracks in steam generator tube were carried out. Thereby, the applicability of the optimum local failure prediction models was verified and, finally, a coalescence evaluation diagram which can be used to determine whether the adjacent cracks detected by NDE coalesce or not has been developed.
Journal of the Korean Society of Environmental Restoration Technology
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v.5
no.4
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pp.19-30
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2002
The stability of slope using root-pile like to the reinforcements is affected by the interaction behavior mechanism of soil-reinforcements. Through the studying on the interaction in joint of its, therefore, the control roles can be find out in installed slope. In study, the stress level ratio based on the insert angle of installed reinforcements in soil used to numerical analysis, which was results from the duty direct shear test in Lab. The maximum shear strain variation on the reinforcements was observed at insert angle, which was approximately similar to the calculated angle based on the equation proposed by the Jewell. The elasto-plastic joint model on the contact area of soil-reinforcements was presumed, the reinforced soil assumed non-linear elastic model and the reinforcements supposed elastic model, respectively. The finite element analysis of assumed models was performed. The shear strain variation of non-reinforced state obtained by the FEM analysis including elasto-plastic joint elements were shown the rationality of general limit equilibrium analysis for the slope failure mode on driving zone and resistance zone, which based on the stress level step according to failure ratio. Through the variation of shear strain for the variation of inserting angle of reinforcements, the different mechanism on the bending and the shear resistance of reinforcements was shown fair possibility.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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