The effect of mechanical, properties in the plastic zone near the crack-tip was investigated, under various controlled loading conditions, i.e., ${\Delta}K$ increasing, ${\Delta}K$ decreasing, and single overload test. For both ${\Delta}K$ decreasing test and ${\Delta}K$ increasing test with constant stress ratio, it is found that the ratio of material constant m'( ${\Delta}K$ decreasing test) to material constant m( ${\Delta}K$ increasing test) is larger than 1 for n<0.1, and it is equal to 1 for 0.10.2. A modified crack growth rate equation based on Forman's equation which applied stable region of fatigue crack propagation in ${\Delta}K$ decreasing test is proposed. Within the limit of this single overload test, an empirical relation between among the retardation ratio (Nd/ $N^{*}$), the strain hardening exponent (n) and the percent peak load (%PL) has been established.established.
The understanding and appllication of fatigue crack propagation mechanism in variable amplitude loading is very important for life prediction of the air travel structures. Particularly, the retardation and arrest behavior of fatigue crack propagation by single tension overloading is essential to the understanding and appllication of fatigue crack propagation mechanism in variable amplitude loading. Numerous studies of the retardation behavior have been performed, however investigations of the arrest behavior have not been enough yet. As for the arrest behavior, Willenborg had reported that the overload shut-off ratio $[R_{so}=(K_{OL})/K_{max})_{crack arrest}]$ had been the material constant, but recently several investigators have reported that the overload shut-off ratio depends upon the stress ratio. In this study, authors have investigated the effect of stress ratio on the threshold overload shut-off ratio to generate arrest of fatigue crack growth in high tensile aluminum alloy 7075-T735 which have used in material for air travel structures, It has been $-0.4\leqqR\leqq0.4$ till
now, the region of stress ratio investigated. The threshold overload shut-off ratio has decreased as stress ratio has increased in overall region of -$-0.4\leqqR\leqq0.4$ and the linearity has been seen in this material. Moreover, the experimental equation between $R_{so}$ and R has been made; The relation has been $R_{so}=-R+2.6$.
본 논문은 매립형 SRC기둥의 축력과 변형능력과의 관계를 찾아내기 위하여 해석적인 연구를 수행하였다. 해석 모델은 캔틸레버기둥으로 한정하였으며 SRC 기둥의 비탄성 거동에 영향을 미치는 변수들인 철골비, 매립철골형상과 전단스팬과 춤과의 비에 대하여 검토하였다. 일정회전각하에 축력과 반복수평력을 받는 SRC기둥의 안정적 거동을 보장하기 위한 최대한계축력이 있다는 것을 해석결과들은 보여 주고 있다. 반복 횡하중을 받는 기둥이 저항할 수 있는 최대축력은 소요회전각을 보장하는 안정한계축력으로서 정의된다. 해석결과에 따르면 안정한 계축력비는 강재의 강도가 증가함에 따라 콘크리트의 강도가 감소함에 따라 증가하는 것으로 나타났다. 또한 I형 단면이 매립형 철골로 사용될때 철골 단면적이 증가함에 따라 안정한계 축력비는 증가하며, 십자형 단면이 사용되는 경우에는 단면적에 의한 영향이 거의 없었다.
In this paper, the effect of the crack growth length on the plastic zone size at the crack tip and the crack growth lives of the DENT specimen under constant amplitude cyclic loading were studied. The plastic zone size was calculated by nonlinear static method in commercial finite element analysis program, MSC/NASTRAN and the crack growth lives were also calculated by using compliance function considering geometric shape in MSC/FATIGUE. The calculated plastic zone size increased proportional to the crack length. And comparison of calculated plastic zone size and crack growth lives with the experimental results shows a good agreement.
Bairrao, Rogerio;Kacianauskas, Rimantas;Kliukas, Romualdas
Structural Engineering and Mechanics
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제19권5호
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pp.581-602
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2005
In this paper the accumulation of local damage during the cyclic loading in reinforced high-strength concrete columns is experimentally investigated. Two identical column specimens with annular cross-section and spiral reinforcement were designed and two tests, up to failure, under the action of a constant vertical concentrated force and a time-dependent concentrated horizontal force, were carried out at the LNEC shaking tables facility. Sine type signals, controlled in amplitude, frequency and time duration were used for these experiments. The concept of local damage based on local stiffness degradation is considered in detail and illustrated by experimental results. The specimens were designed and reinforced in such a way that the accumulation of damage was predicted by dominating deformations (cracking and crushing of the concrete) while the increasing of the loading values was a dominating factor of damage. It was observed that the local damage of HSC columns has exposed their anisotropic local behaviour. The damage accumulation was slightly different from the expected in accordance with the continuum damage concept, and a partial random character was observed.
This paper addresses the numerical simulation of fatigue crack growth in arbitrary 2D geometries under constant amplitude loading by the using a new finite element software. The purpose of this software is on the determination of 2D crack paths and surfaces as well as on the evaluation of components Lifetimes as a part of the damage tolerant assessment. Throughout the simulation of fatigue crack propagation an automatic adaptive mesh is carried out in the vicinity of the crack front nodes and in the elements which represent the higher stresses distribution. The fatigue crack direction and the corresponding stress-intensity factors are estimated at each small crack increment by employing the displacement extrapolation technique under facilitation of singular crack tip elements. The propagation is modeled by successive linear extensions, which are determined by the stress intensity factors under linear elastic fracture mechanics (LEFM) assumption. The stress intensity factors range history must be recorded along the small crack increments. Upon completion of the stress intensity factors range history recording, fatigue crack propagation life of the examined specimen is predicted. A consistent transfer algorithm and a crack relaxation method are proposed and implemented for this purpose. Verification of the predicted fatigue life is validated with relevant experimental data and numerical results obtained by other researchers. The comparisons show that the program is capable of demonstrating the fatigue life prediction results as well as the fatigue crack path satisfactorily.
Concrete-to-concrete bedding planes (CCBP) are observed from time to time due to the multistep hardening process of the concrete materials. In this paper, a series of direct/cyclic shear tests are performed on CCBP under static and dynamic normal load conditions to study the frictional behavior effect by the shear velocities, normal impact frequencies, horizontal shear frequencies, normal impact force amplitudes, horizontal shear displacement amplitudes and normal load levels. According to the experimental results, apparent friction coefficient k ($k=F_{Shear}/F_{Normal}$) shows different patterns under static and dynamic load conditions at the stable shear stage. k is nearly constant in direct shear tests under constant normal load conditions (DCNL), while it is cyclically changing with nearly constant peak value and valley value for the direct shear tests under dynamic normal load conditions (DDNL), where k increases with decreasing normal force and decreases with increasing normal force. Shear velocity has little influence on peak values of k for the DCNL tests, but increasing shear velocity leads to increasing valley values of k for DDNL tests. It is also found that, the valley values of k ascend with decreasing impact normal force amplitude in DDNL tests. The changing pattern of k for the cyclic shear tests under constant and dynamic normal load conditions (CCNL and CDNL tests) are similar, but the peak value of k is smaller in CDNL tests than that in CCNL tests. Normal load levels, shear displacement amplitudes, vertical impact frequencies, horizontal shear frequencies and normal impact force amplitudes have little influence on the changing pattern of k for the cyclic shear tests. The tests of this study provide useful data in understanding the frictional behavior of the CCBP under distinct loadings, and these findings are very important for analyzing the stability of the jointed geotechnical structures under complicated in situ stress conditions.
Concrete structures are generally cracked in flexural tension at working loads. Concrete beams with asymmetric section details and crack patterns exhibit different flexural rigidity depending upon the sense of the applied flexural moment. In this paper, three different models, having the same natural period, of such SDOF bilinear dynamical systems have been proposed. The Model-I and Model-II have constant damping coefficient, but the latter is characterized by two stiffness coefficients depending upon the sense of vibration amplitude. The Model-III, additionally, has two damping coefficients as well. In this paper, the dynamical response of Model-III to sinusoidal loading has been investigated and compared with that of Model-II studied earlier. It has been found that Model-III exhibits regular and irregular sub-harmonics, jump phenomena and strong sensitivity to initial conditions, forcing frequency, system period as well as the sense of peak sinusoidal force. The constant sustained load has been found to affect the natural period of the dynamical system. The predictions of Model-I have been compared with those of the approximate linear model adopted in present practice. The behaviour exhibited by different models of the SDOF cracked elastic concrete structures under working loads and the theoretical and practical implications of the approach followed have been critically evaluated.
The purpose of this research was to obtain fatigue property of pavement concrete by flexural fatigue test. The size of specimen used in fatigue tests was 10$\times$10$\times$46cm. The specimens of pavement concrete were fabricated using the concrete at job site. The fatigue tests were performed by applying into a constant amplitude loading. The flexural fatigue tests were performed by stress levels of 90%, 80%, 70% and 60%, and stress ratio of 0.1. From this research, the S-N relationship, S-N-P relationship were derived and Weibull probability density functions was plotted using the distribution parameters.
Vibration occurs due to the wind and vehicles, etc., in the field welded joints of steel bridges. However, the effect of vibration on the fatigue strength of field welded joints in steel bridge are not yet clearly understood. In this paper, the effect of vibration on the fatigue strength of welded joints was elucidated in order to improve reliability in the field welded joints of steel bridge. The base material used in this investigation was SM 490A steel of weldable grade. Flux Cored Arc Welding(FCAW) process was used to fabricate the doubte 'V' butt joints. Welding was performed on the steel under the mechanical vibration of given frequency. The applied frequency was resonant frequency. Also, weldments formed under no vibration were fabricated. Fatigue tests were conducted using a servo hydraulic controlled 50ton1 capacity UTM with a frequency of 5Hz under constant amplitude loading.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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