본 논문에서는 두꺼운 배관에 존재하는 비 이상화된 원주방향 관통균열의 탄성 응력확대계수 해를 제시하였다. 이를 위해 3차원 탄성 유한요소해석을 수행하였으며, 배관의 형상 및 비 이상화된 원주방향 관통균열의 영향을 고려하기 위해 배관의 두께, 기준균열길이 및 관통균열길이 비를 체계적으로 변화시켰다. 하중 조건으로는 인장하중, 굽힘모멘트 및 내압을 고려하였다. 또한 본 논문에서는 이상화된 원주방향 관통 균열로부터 비 이상화된 원주방향 관통균열의 응력확대계수를 쉽게 계산하기 위해 관통균열 보정계수를 제시하였다. 본 논문의 결과는 실제 균열성장거동을 고려하여 원자력 배관의 배관파단확률을 보다 정확하게 계산하기 위해 적용될 수 있다.
Two enhancements to a recently developed plastic-damage-contact model for concrete are presented. The model itself, which uses planes of degradation that can undergo damage and separation but that can regain contact according to a contact law, is described. The first enhancement is a new damage evolution function which provides a completely smooth transition from the undamaged to the damaged state and from pre-peak to post-peak regions. The second is an improved contact function that governs the potential degree of contact with increasing opening on a crack plane. The use of a damage evolution function with a pre-peak has implications for the consistent tangent matrix/stress recovery algorithm developed for the model implementation, and amendments to this algorithm to accommodate the new function are described. A series of unpublished experimental tests on notched specimens undertaken in Cardiff in the mid 1990s are then described. These include notched beam tests as well as prismatic and cylindrical torsion tests. The tests are then considered in three dimensional finite element analyses using the modified Craft model implemented in the finite element program LUSAS. Comparisons between experimental and numerical data show reasonable agreement except that the numerical simulations do not fully describe the latter stages of the softening responses for the torsion examples. Finally, it is concluded that the torsion tests described provide useful benchmark examples for the validation of three-dimensional numerical models for concrete.
The paper presents a methodology to model three-dimensional reinforced concrete members by means of embedded discontinuity elements based on the Continuum Strong Discontinuous Approach (CSDA). Mixture theory concepts are used to model reinforced concrete as a 3D composite material constituted of concrete with long fibers (rebars) bundles oriented in different directions embedded in it. The effects of the rebars are modeled by phenomenological constitutive models devised to reproduce the axial non-linear behavior, as well as the bond-slip and dowel action. The paper presents the constitutive models assumed for the components and the compatibility conditions chosen to constitute the composite. Numerical analyses of existing experimental reinforced concrete members are presented, illustrating the applicability of the proposed methodology.
Deteriorative effects of steel corrosion on the structural response of reinforced concrete are simulated for varying degrees of corrosion. The simulation approach is based on a three-dimensional irregular lattice model of the bulk concrete, in which fracture is modeled using a crack band approach that conserves fracture energy. Frame elements and bond link elements represent the reinforcing steel and its interface with the concrete, respectively. Polylinear stress-slip properties of the link elements are determined, for several degrees of corrosion, through comparisons with direct pullout tests reported in the literature. The link properties are then used for the lattice modeling of reinforced concrete beams with similar degrees of corrosion of the main reinforcing steel. The model is successful in simulating several important effects of steel corrosion, including increased deflections, changes in flexural cracking behavior, and reduced yield load of the beam specimens.
A way to measure the second parameter $A_2$of CT specimens is described. The displacement $\delta$$_{5}$ which is measured continuously from visual images of the lateral surface during crack growth is used to calculate the A, as a function of crack growth. The crack length is measured by DCPD(Direct Current Potential Drop) method and the J-resistance curve is determined according to ASTM standard E1737-96. To prove the validity of this method, three dimensional finite element analyses were performed, and variations of the displacements $\delta$$_{5}$ and $A_2$along the thickness were explored. As the result, it has been shown that the $\delta$$_{5}$ measured from the visual images of the lateral surface and the corresponding $A_2$can be regarded as the average through the thickness for 1T and 1/2T specimens of SA106Gr.C steel.steel.
This paper describes an automated system for analyzing the stress intensity factors(SIFs) of three-dimensional (3D) cracks. A geometry model, i.e.a solid containing one or several 3D cracks is defined. Several distributions of local node density are chosen, and then automatically superposed on one another over the geometry model by using the fuzzy knowledge processing. Nodes are generated by the bucketing method, and ten-noded quadratic tetrahedral solid elements are generated by the Delauuay triangulation techniques. The singular elements such that the mid-point nodes near crack fornt are shifted at the quarter-points are automatically placed along the 3D crack front. THe complete finite element (FE) model generated, i.e the mesh with material properties and boundary conditions is given to one of the commercial FE codes, and a stress analysis is performed. The SIFs are calculated using the displacement extrapolation method. To demonstrate practical performance of the present system, a semi- elliptical surface crack in a plate subjected to tension is solved.
In recent years, the integrity of reactor Pressure Vessel(RPV) under pressurized thermal shock (PTS) accident has been treated as one of the most critical issues. Under PTS condition, the combination of thermal and mechanical stress by steep temperature gradient and internal pressure causes considerably high tensile stress at the inside of RPV wall. As a result, cracks on inner surface of RPV may experience elastic-plastic behavior which can be characterized by J-integral. In such a case, however, J-integral may possibly lose its vapidity due to the constraint effect. The degree of constraint effect is influenced by the loading mode, crack geometry and material properties. In this paper, in order to investigate the effect of clad thickness and crack geometry on constraint effect, three dimensional finite element analyses were performed for various surface cracks. Total of 27 crack geometries were analyzed and results were presented by a two-parameter characterization based on the J-integral and the f-stress.
Concrete micro-cracks that are grown while the structures are under construction or in service, propagate gradually or rapidly by external forces and environmental effects. As described above, almost concrete structures generally have cracks, so for the safety and durability of structures, studies to detect cracks using nondestructive tests have been treated in great deal. The purpose of this study is to evaluate characteristics of AE signals detected from notched concrete beams bending test with different loading using one of nondestructive test, Acoustic Emission (AE) method. Furthermore this study predicts the location of initial crack and measures direction of crack propagation for on-line monitoring before the crack really grows in structures by using two-dimensional AE source location based on rectangular method with three-point bending test. This will allow efficient maintenance of concrete structures through monitoring of internal cracking based on acoustic emission method.
본 논문은 3차원 균열의 유한요소해석을 위한 자동요소분할시스템에 대한 것으로, 논문의 구성은 퍼지지식처리, 버블메슁, 솔리드모델러로 구성된다. 새로운 요소분할과정은 (a) 해석모델인 기하학적 모델 정의, (b) 버블생성, (c), 요소분할로 구성되어 진다. 3차원 균열체를 위해 범용솔리드 모델러를 사용하였으며 버블은 존재하는 버블점들간의 거리가 그 점에서의 버블간격 함수와 유사한지를 결정하여 발생되어 진다. 버블간격 함수는 퍼지지식처리에 의해 잘 조절되어 진다. 요소생성에 관한 기본 툴로서는 데로우니기법이 사용되었다. 시스템의 실제적인 효용성을 검증하기 위해 3차원 균열에 대한 몇가지 예를 나타내었다.
Mechanical joints such as bolted or riveted joints are widely used in structural components and the reliable determination of the stress intensity factors for corner cracks in mechanical joints is needed to evaluate the safety and fatigue life. This paper analyzes the mixed-mode stress intensity factors of surface and deepest points for quarter elliptical corner cracks in mechanical joints by weight function method and the coefficients included in weight function are determined by finite element analyses for reference loadings. The extended form of the weight function method for two-dimensional mixed-mode to three-dimensional is presented and the number of terms in weight function is determined by comparing the results for the different number of terms. The amount of clearance is an important factor in evaluating the severity of elliptical corner cracks in mechanical joints and even horizontal crack normal to the applied load is under mixed-mode in the case that clearance exists.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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