Since the actuators with small- scale structures may be exposed to external reciprocal actions lead to create undesirable loads causing instability, the buckling behaviors of them are interested to make reliable or accurate actions. Therefore, the purpose of this paper is to analyze plastic buckling behavior of the micro beam structures by adopting a Conventional Mechanism-based Strain Gradient plasticity (CMSG) theory. The effect of length scale on critical force is considered for three types of boundary conditions, i.e. the simply supported, cantilever and clamped - simply supported micro beams. For each case, the stability equations of the buckling are calculated to obtain related critical forces. The constitutive equation involves work hardening phenomenon through defining an index of multiple plastic hardening exponent. In addition, the Euler-Bernoulli hypothesis is used for kinematic of deflection. Corresponding to each length scale and index of the plastic work hardening, the critical forces are determined to compare them together.
Kwon, Seung-Jun;Choi, Jeong-Il;Nguyen, Huy Hoang;Lee, Bang Yeon
Computers and Concrete
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제21권3호
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pp.231-237
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2018
A strain-hardening highly ductile composite based on an alkali-activated slag binder and synthetic fibers is a promising construction material due to its excellent tensile behavior and owing to the ecofriendly characteristics of its binder. This study investigated the effect of different types of synthetic fibers and water-to-binder ratios on the compressive strength and tensile behavior of slag-based cementless composites. Alkali-activated slag was used as a binder and water-to-binder ratios of 0.35, 0.45, and 0.55 were considered. Three types of fibers, polypropylene fiber, polyethylene (PE) fiber, and polyparaphenylene-benzobisethiazole (PBO) fiber, were used as reinforcing fibers, and compression and uniaxial tension tests were performed. The test results showed that the PE fiber series composites exhibited superior tensile behavior in terms of the tensile strain capacity and crack patterns while PBO fiber series composites had high tensile strength levels and tight crack widths and spacing distances.
Steam generator (SG) tubes in a nuclear power plant can undergo rapid changes in pressure and temperature during an accident; thus, an accurate model to predict short-term creep damage is essential. The theta (𝜃) projection method has been widely used for modeling creep-strain behavior under constant stress. However, many creep test data are obtained under constant load, so creep rupture behavior under a constant load cannot be accurately simulated due to the different stress conditions. This paper proposes a novel methodology to obtain the creep curve under constant stress using a modified 𝜃 projection method that considers the increase in true stress during creep deformation in a constant-load creep test. The methodology is validated using finite element analysis, and the limitations of the methodology are also discussed. The paper also proposes a creep-strain model for alloy 690 as an SG material and a novel creep hardening rule we call the damage-fraction hardening rule. The creep hardening rule is applied to evaluate the creep rupture behavior of SG tubes. The results of this study show its great potential to evaluate the rupture behavior of an SG tube governed by creep deformation.
The hardening model based on the dislocation mechanics is employed to study the experimentally observed high tensile elongations of NiAl along the [110] orientation at intermediate temperatures. In the hardening model proposed, a mobility of dislocation is assumed to be restricted to glide through the slip plane by forest dislocation and thermally activated cross-slip event. Overall deformation behavior of NiAl was greatly influenced by temperature-dependent dislocation mobility that both experimental and simulated yield stresses decreased as temperature increased. The results of simulation showed anomalous hardening behaviors analogous to those of experiment at certain circumstances. This behavior occurred due to the hardening contributions generated by cross-slip events that disable the dislocation motion in the primary slip systems. By comparing simulation results with experiments, it is confirmed that the proposed hardening model can represent anomalous tensile elongations due to the hardening by forest dislocations and cross-slip events.
Despite the significant features of fiber-reinforced cementitious composites (FRCCs), including better mechanical, fractural, and durability performance, their high content of cement has restricted their use in the construction industry. Although ground granulated blast furnace slag (GGBFS) is considered the main supplementary cementitious material, its slow pozzolanic reaction stands against its application. The addition of nano-sized mineral modifiers, including nano-silica (NS), is an alternative to address the drawbacks of using GGBFS. The main object of this empirical and numerical research is to examine the effect of NS on the strain-hardening behavior of cementitious composites; ten mixes were designed, and five levels of NS were considered. This study proposes a new method, using a four-point bending test to assess the use of nano-silica (NS) on the flexural behavior, first cracking strength, fracture energy, and micromechanical parameters including interfacial friction bond strength and maximum bridging stress. Digital image correlation (DIC) was used for monitoring the initiation and propagation of the cracks. In addition, to attain a deep comprehension of fiber/matrix interaction, scanning electron microscope (SEM) analysis was used. It was discovered that using nano-silica (NS) in cementitious materials results in an enhancement in the matrix toughness, which prevents multiple cracking and, therefore, strain-hardening. In addition, adding NS enhanced the interfacial transition zone between matrix and fiber, leading to a higher interfacial friction bond strength, which helps multiple cracking in the composite due to the hydrophobic nature of polypropylene (PP) fibers. The findings of this research provide insight into finding the optimum percent of NS in which both ductility and high tensile strength of the composites would be satisfied. As a concluding remark, a new criterion is proposed, showing that the optimum value of nano-silica is 2%. The findings and proposed method of this study can facilitate the design and utilization of green cementitious composites in structures.
The strain aging behavior of a low carbon dual phase steel was examined in two conditions: representing room temperature strain aging (100 ℃ × 1 hr after 7.5 % prestrain) and bake hardening process (170 ℃ × 20 min after 2 % prestrain), basing on carbon effective diffusion and dislocation distribution. The first principle calculations revealed that (Mn or Cr)-vacancy-C complexes exhibit the strongest attractive interaction compared to other complexes, therefore, act as strong trapping sites for carbon. For room temperature strain aging condition, the carbon effective diffusion distance is smaller than the dislocation distance in the high dislocation density region near ferrite/martensite interfaces as well as ferrite interior considering the carbon trapping effect of the (Mn or Cr)-vacancy-C complexes, implying ineffective Cottrell atmosphere formation. Under bake hardening condition, the carbon effective diffusion distance is larger compared to the dislocation distance in both regions. Therefore, formation of the Cottrell atmosphere is relatively easy resulting in to a relatively large increase in yield strength under bake hardening condition.
Several fatigue damages have recently been reported which cannot be resolved in the context of the existing fatigue design procedure, and they are suspected to be the cracks induced by the low cycle fatigue mechanism. To tackle the problem, a series of material tests together with fatigue tests have been carried out, and elasto-plastic notch strain analysis using nonlinear kinematic hardening model has been performed. The cyclic stress-strain curves are obtained and the nonlinear kinematic hardening model was calibrated based on the obtained material data. Also, the fatigue test with non-load-carrying cruciform fillet welded joint has been performed in low cycle fatigue regime. Then, the notch strain analyses have been carried out to find the precise elasto-plastic behavior of the material at the notch root of the cruciform joint. The variation of the material property from the base metal via HAZ up to the weld metal was taken into account using spatial variation of the material property. Then the detail elasto-plastic behavior of the welded joint subjected to the repeated cyclic loading has been investigated further through the comparison with the prediction with Neuber's rule. The calibration of the nonlinear kinematic hardening model and nonlinear notch strain analyses have been performed using the commercial FE program ABAQUS.
Kim, Hyun-Gil;Kim, Il-Hyun;Park, Jeong-Yong;Koo, Yang-Hyun
Nuclear Engineering and Technology
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제45권4호
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pp.505-512
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2013
Three types of zirconium base alloy were evaluated to study how their work hardening behavior is affected by alloy composition. Repeated-tensile tests (5% elongation at each test) were performed at room temperature at a strain rate of $1.7{\times}10^{-3}s^{-1}$ for the alloys, which were initially controlled for their microstructure and texture. After considering the yield strength and work hardening exponent (n) variations, it was found that the work hardening behavior of the zirconium base alloys was affected more by the Nb content than the Sn content. The facture mode during the repeated tensile test was followed by the slip deformation of the zirconium structure from the texture and microstructural analysis.
The effect of strain aging on tensile behavior and properties of API X60, X70, and X80 pipeline steels was investigated in this study. The API X60, X70, and X80 pipeline steels were fabricated by varying alloying elements and thermomechanical processing conditions. Although all the steels exhibited complex microstructure consisting of polygonal ferrite (PF), acicular ferrite, granular bainite (GB), bainitic ferrite (BF), and secondary phases, they had different fractions of microstructures depending on the alloying elements and thermomechanical processing conditions. The tensile test results revealed that yielding behavior steadily changed from continuous-type to discontinuous-type as aging temperature increases after 1% pre-strain. After pre-strain and thermal aging treatment in all the steels, the yield and tensile strengths, and yield ratio were increased, while the uniform elongation and work hardening exponent were decreased. In the case of the X80 steel, particularly, the decrease in uniform elongation was relatively small due to many mobile dislocations in PF, and the increase in yield ratio was the lowest because a large amount of harder microstructures such as GB, BF, and coarse secondary phases effectively enhanced work hardening.
In this study, analysis of creep-fatigue behavior of low alloy steel weld was performed. An interface was employed along the crack plane to simulate the interface between base metal and weld metal. A trapezoidal waveshapes was loaded cyclically and analysis result was compared with that of monotonic load. The material was assumed as elastic-plastic-secondary creeping material. Because the isotropic hardening plasticity model used in the last study cannot simulate the behavior of material under cyclic load, the linear kinematic hardening plasticity model was used. The behavior of strain field and $C_{t}$ parameter was obtained.d.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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