Sang-Hyun Park;Young-Sik Jang;Su-Min Lee;Sang-Rai Cho;Sang Su Jeon;Ju Young Hwang;Nam-Ki Baek
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.60
no.2
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pp.65-75
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2023
Ships operated at sea for a long time are subjected to various kinds of loads, which may cause various types of damage. Such damages will eventually reduce the strength of hull structures. Therefore, it is necessary to estimate and evaluate the residual strength and remaining fatigue life of aging ships in order to secure structural safety, establish a reasonable maintenance plan, and make a judgment of life extension. For this purpose, the corrosion damage and local denting damage should be measured, fatigue damage estimation should be performed, and material properties of aged steel should be identified. For this study, in order to investigate the mechanical properties of aged steel, steel plates were obtained from a naval ship that reached the end of her life span. The specimens were manufactured from the obtained steel plates, and static and dynamic tensile tests, fatigue tests, and metallographic tests were performed. The mechanical properties obtained from the aged steel plates were compared with those of new steel plates to quantify the aging effect on the mechanical properties of marine steel materials.
The strength safety of high pressure gas cylinder has been analyzed by using a finite element method. In this study, the internal gas pressures of a steel bombe include a service charging pressure of $9kg/cm^2$, high limit charging pressure of $18.6kg/cm^2$, high limit of safety valve operation pressure $24.5kg/cm^2$, and hydraulic testing pressure of $34.5kg/cm^2$. The computed FEM results indicate that the strength safety for a service charging pressure of $9kg/cm^2$ and high limit charging pressure of $18.6kg/cm^2$ is safe because the stress of a gas cylinder is within yield strength of steel. But the stress for a hydraulic testing pressure of $34.5kg/cm^2$ sufficiently exceeds the yield strength and remains under the tensile strength. If the hydraulic testing pressures frequently apply to the gas cylinder, the bombe may be fractured because a fatigue residual stress is accumulated on the lower round end plate due to a plastic deformation. The computed results show that the concentrated force in which is applied on a skirt zone does not affect to the lower round end plate, and the most weak zone of a bombe is a middle part of a lower round end plate between a bombe body and a skirt for a gas pressure. Thus, the FEM results show that the profile of a lower round end plate is an important design parameter of a high pressure gas cylinder.
Zhengyi Kong;Bo Yang;Cuiqiang Shi;Xinjie Huang;George Vasdravellis;Quang-Viet Vu;Seung-Eock Kim
Steel and Composite Structures
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v.50
no.3
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pp.281-298
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2024
Stainless steel bolts (SSB) are increasingly utilized in bolted steel connections due to their good mechanical performance and excellent corrosion resistance. Fire accidents, which commonly occur in engineering scenarios, pose a significant threat to the safety of steel frames. The post-fire behavior of SSB has a significant influence on the structural integrity of steel frames, and neglecting the effect of temperature can lead to serious accidents in engineering. Therefore, it is important to evaluate the performance of SSB at elevated temperatures and their residual strength after a fire incident. To investigate the mechanical behavior of SSB after fire, 114 bolts with grades A4-70 and A4-80, manufactured from 316L austenitic stainless steel, were subjected to elevated temperatures ranging from 20℃ to 1200℃. Two different cooling methods commonly employed in engineering, namely cooling at ambient temperatures (air cooling) and cooling in water (water cooling), were used to cool the bolts. Tensile tests were performed to examine the influence of elevated temperatures and cooling methods on the mechanical behavior of SSB. The results indicate that the temperature does not significantly affect the Young's modulus and the ultimate strength of SSB. Up to 500℃, the yield strength increases with temperature, but this trend reverses when the temperature exceeds 500℃. In contrast, the ultimate strain shows the opposite trend. The strain hardening exponent is not significantly influenced by the temperature until it reaches 500℃. The cooling methods employed have an insignificant impact on the performance of SSB. When compared to high-strength bolts, 316L austenitic SSB demonstrate superior fire resistance. Design models for the post-fire mechanical behavior of 316L austenitic SSB, encompassing parameters such as the elasticity modulus, yield strength, ultimate strength, ultimate strain, and strain hardening exponent, are proposed, and a more precise stress-strain model is recommended to predict the mechanical behavior of 316L austenitic SSB after a fire incident.
The determination of the depth of deteriorated concrete is one of the main problems in the structural assessment of concrete structures that have been subjected to a fire. This information is particularly important in order to optimize the future operations of repair/strengthening, or in decision-making concerning a possible demolition. The purpose of this study is to propose evaluation technique of damaged depth of concrete exposed at high temperature. In order to evaluate damaged depth of core picked at member under fire, the 24 specimens have been made with variables of concrete strength(20 MPa, 40 MPa, 60 MPa) and heating exposure condition in 600 and 800 for 2 hours. Color change analysis and water absorption after heating have been measured and split tensile stress test was performed to ka the residual compressive strength against the depth of specimen. The results show that the deeper of the depth from heating face, water absorption ratio is smaller and residual stress ratio is larger and the color of heated face is changed to red color. Using this technique at damage evaluation of fired structure, We evaluate damaged depth of member under fire and determine the reasonable strengthening range.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.43
no.1
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pp.71-77
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2023
With the continuous industrial development, not only natural resource depletion, waste generation, but also various weather conditions are becoming more frequent. Efforts are continuing to recycle industrial by-products to overcome the climate crisis and save resources. Slag is a representative by-product generated in the steel industry, and it is characterized by improving rutting resistance and moisture sensitivity by increasing strength and reducing deformation when used as a material for asphalt concrete. On the other hand, slag has expansion properties so it is used as a relatively low-value-added material such as embankment and refilling materials. In order to expand the application of slag, an experiment was conducted to evaluate the crack resistance of slag asphalt concrete pavement. As a result of the indirect tensile strength test, it was found that the asphalt mixture using slag aggregate showed a value 1.13 times higher than that of the general HMA with the same particle size, and the toughness was 1.17 units, improving crack resistance. In addition, it was found that the failure number of the 4-point beam fatigue experiment and the slag asphalt mixture was 20,409, which was more than doubled compared to the general HMA. Furthermore, Overlay Test showed a tensile load residual rate of 4 times or more, improving crack resistance to repeated fatigue. Accordingly, the use of slag aggregate will likely have various advantages in improving the performance of asphalt concrete pavement.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.34
no.6
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pp.1677-1685
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2014
Short discrete fibers compounded with concrete can enhance the tensile resistance and ductility of concrete. Recently, the effectiveness of the reinforcement has increased according to the increasing length of steel fiber. However, the lengthening of steel fiber requires reducing the ratio of the fiber content to remain the workability and quality of concrete. Thus, the present study evaluated the flexural performance of fiber reinforced concrete with less than l.0% fiber volume ratios of steel fiber, 30mm and 60mm long, and polypropylene fiber, being evaluated as a good reinforcing material with chemical stability, long-term durability, and cost effectiveness. Concrete with more than 0.25% steel and 0.5% polypropylene fibers improved the brittle failure of concrete after reaching cracking strength. Concrete reinforced with polypropylene exhibited deflection-softening behavior, but that with more than 0.5% polypropylene delayed stress reduction and recovered flexural strength by 60 to 80% after cracking strength. In conclusion, concrete reinforced with more than 0.75% polypropylene could improve structural flexural performance. In particular, energy absorption capacity of reinforced concrete with 1.0% polypropylene fiber was similar to that with 0.5% and 0.7% steel fibers.
Park, Sung-Gye;Kim, Ji-Soon;You, Hee;Yum, Young-Jin;Kwon, Young-Soon
Korean Journal of Materials Research
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v.9
no.10
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pp.970-977
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1999
Effect of Mo interlayer on the relaxation of residual stress in AlN/Cu pint bonded by active-metal brazing method was investigated. The stress analyses by finite-element-method, the measurement of pint strength and the observation of fracture surface were carried out and their results were compared with each other. From the results of stress analysis it is confirmed that a Mo interlayer led to a shift of maximum stress concentration site from AlN/insert-metal interface$\rightarro$ insert-metal/Mo$\rightarro$Mo interlayer. Additionally, with increase of the Mo interlayer thickness the stress concentration with tensile component was separately built both at the interface of Cu/Mo and AlN/Mo. whereby the residual stress in the free surface of AlN close to the bonded interface was drastically reduced. The AlN/Mo/Cu pints with Mo interlayer thickness of above 400$\mu\textrm{m}$ showed the strengths higher than 200 MPa. upto max. 275 MPa, while the AlN/Cu pint only max. 52 MPa.
Kim, Jeong Hun;Kim, Kyoung Yul;Lee, Jeong Hwa;Kim, Kyung Sik;Kang, Young Jong
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.26
no.2
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pp.91-103
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2014
High performance steel for bridges(HSB 800) with a minimum tensile stress of 800MPa was recently developed. However, the study for local buckling behavior of plate girders considering interactive effects of flanges and webs is still insufficient. In this study, the flange local buckling(FLB) strength of plate girders with HSB 800 was evaluated by nonlinear finite element analysis. The flanges and webs of plate girders having I-section were modeled as 3D shell elements in the nonlinear analysis. Initial imperfection and residual stress were imposed on the plate girder. The high performance steel was modeled as a multi-linear material. Thus, parametric study of compression flanges with a compact, noncompact and slender web was performed. The flange local buckling behavior of plate girders was analyzed, and the nonlinear analysis results were compared with the nominal flexural strength of both AASHTO LRFD(2012) and KHBDC LSD(2012) codes.
Kim, Dong-Hui;Jang, Seok-Joon;Kim, Sun-Woo;Park, Wan-Shin;Yun, Hyun-Do
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.3
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pp.40-47
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2021
This study investigates the influence of hooked-end steel fiber volume fraction and aspect ratio on the mechanical properties, such as compressive and flexural performance, of concrete with specified compressive strength of 30MPa. Three types of hooked-end steel fibers with aspect ratios of 64, 67 and 80 were selected. The flexural tests of steel fiber reinforced concrete (SFRC) prismatic specimens were conducted according to EN 14651. The compressive performance of SFRC with different volume fractions (0.25, 0.50 and 0.75%) were evaluated through standard compressive strength test method (KS F 2405). Experimental results indicated that the flexural strength, flexural toughness, fracture energy of concrete were improved as steel fiber volume fraction increases but there is no unique relationship between steel fiber volume fraction and compressive performance. The flexural and compressive properties of concrete incorporating hooked-end steel fiber with aspect ratio of 64 and 80 are a little better than those of SFRC with aspect ratio of 67. For each SFRC mixture used in the study, the residual flexural tensile strength ratio defined in Model Code 2010 was more than the limit value to be able to substitute rebar or welded mesh in structural members with the fiber reinforcement.
Recently, the application of high strength and high performance concrete has been gradually increased as an important construction material for high rise and huge scaled construction. However, high performance concrete has undesirable characteristics of spalling subjected to high temperature due to its dense microstructure content. A spalling by fire brings surface failure and falling off concrete member. It is considered that spalling by fire should be taken into account for the safety of the concrete structure under fire. Therefore, in this paper, tests are carried out using high performance concrete containing polypropylene(PP) fiber in order to improve the fire resistance performance. PP fiber contents and member sizes are varied. According to experimental results, as for the influence of PP fiber contents, all the test specimens without PP fiber show entire failure in W/C of 35%, while they show nearly sound shape except some kinds of surface fracture in W/C of 55%. When PP fiber is contained more than 0.07%, favorable prevention effects of spatting by fire are obtained. As for the effects of test specimens size, it tends to increase the possibilities of spatting by fire as test specimens become larger. And spatting by fire at the edge of test specimens occurs more frequently than at the surface of test specimens. Residual compressive and tensile strength shows 45∼65 % of its original strength at W/C of 35%, and 30∼40% at W/C of 55 %.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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