The present paper deals with delamination fracture analyses of the multilayered functionally graded non-linear elastic Symmetric Split Beam (SSB) configurations. The material is functionally graded in both width and height directions in each layer. It is assumed that the material properties are distributed non-symmetrically with respect to the centroidal axes of the beam cross-section. Sine laws are used to describe the continuous variation of the material properties in the cross-sections of the layers. The delamination fracture is analyzed in terms of the strain energy release rate by considering the balance of the energy. A comparison with the J-integral is performed for verification. The solution derived is used for parametric analyses of the delamination fracture behavior of the multilayered functionally graded SSB in order to evaluate the effects of the sine gradients of the three material properties in the width and height directions of the layers and the location of the crack along the beam width on the strain energy release rate. The solution obtained is valid for two-dimensional functionally graded non-linear elastic SSB configurations which are made of an arbitrary number of lengthwise vertical layers. A delamination crack is located arbitrary between layers. Thus, the two crack arms have different widths. Besides, the layers have individual widths and material properties.
Methods for designing the post-tensioned anchorage zones at ultimate limit state has been specified in current design codes based on strut-and-tie models (STM). However, it is still not clear how to estimate the serviceability behavior of the anchorage zones. The serviceability is just indirectly taken into account by means of the reasonable reinforcement detailing. To address this issue, this paper is devoted to developing a modified strut-and-tie model (MSTM) to predict the behavior of concentric anchorage zones throughout the loading process. The principle of stationary complementary energy is introduced into STM at each load step to satisfy the compatibility condition and generate the unique MSTM. The structural behavior of anchorage zones can be achieved based on MSTM from loading to failure. Simplified formulas have been proposed to estimate the first cracking load, bearing capacity and maximum crack width with the consideration of the details of reinforcement bursting bars. The proposed model provides a definite method to control the bursting crack width in concentric anchorage zones. Four specimens with different bearing plate ratios have been designed and tested to validate the proposed method.
The purpose of a fatigue crack arrest desing is to prvent a fatigue fracture of machine and structure resulted from unstable crack growth. In all cases of load transfer to second elements such as stringers, doublers or flangers, crack arrest is possible; arrest occuring when the fatigue crack reaches the second element. In the present work, the possibility of crack arrest and the design criterion of fatigue crack arrest in the variable thickness plates are examined numericaiiy by using fatigue crack arrest thresthod $\Delta$K$_{th}$of SA-508 reactor vessel steel and stress intensity factor which was obtained in the previous work as a result of 3-dimensional finite element analysis for CT type variable thickness plates having discontinuous interface.e.
Variable thickness plates are commonly encountered in the majority of mechanical/structural components of industrial applications. And, as a result of the unsymmetry of the structure or the load and the anisoptropy of the materials, the cracks in engineering structures are generally subjected to combined stresses. In spite of considerable practical interest, however, a few fracture mechanics study on combined mode crack in a variable thickness plate have carried out. In this respect, combined mode I/III stress intensity factors $K_I$ and $K_III$ at the crack tip for a variable thickness plate were obtained by 3-dimensional finite element analysis. Variable thickness plates containing a central slant crack were chosen. The parameters used in this study were dimensionless crack length $\lamda$, crack slant angle $\alpha$, thickness ratio $\beta$ and width ratio $\omega$. Stress intensity factors were calculated by crack opening displacement(COD) and crack tearing displacement(CTD) method.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2022.04a
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pp.73-74
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2022
Concrete structures occupy the largest proportion of modern infrastructure, and concrete structures often have cracking problems. Existing concrete crack diagnosis methods have limitations in crack evaluation because they rely on expert visual inspection. Therefore, in this study, we design a deep learning model that detects, visualizes, and outputs cracks on the surface of RC structures based on image data by using a CNN (Convolution Neural Networks) model that can process two- and three-dimensional data such as video and image data. do. An experimental study was conducted on an algorithm to automatically detect concrete cracks and visualize them using a CNN model. For the three deep learning models used for algorithm learning in this study, the concrete crack prediction accuracy satisfies 90%, and in particular, the 'InceptionV3'-based CNN model showed the highest accuracy. In the case of the crack detection visualization model, it showed high crack detection prediction accuracy of more than 95% on average for data with crack width of 0.2 mm or more.
Crack detection is an essential method to ensure the safety of dam concrete structures. Low-quality crack images of dam concrete structures limit the application of neural network methods in crack detection. This research proposes a modified attentional mechanism model to reduce the disturbance caused by uneven light, shadow, and water spots in crack images. Also, the focal loss function solves the small ratio of crack information. The dataset collects from the network, laboratory and actual inspection dataset of dam concrete structures. This research proposes a novel method for crack detection of dam concrete structures based on the U-Net neural network, namely AF-UNet. A mutual comparison of OTSU, Canny, region growing, DeepLab V3+, SegFormer, U-Net, and AF-UNet (proposed) verified the detection accuracy. A binocular camera detects cracks in the experimental scene. The smallest measurement width of the system is 0.27 mm. The potential goal is to achieve real-time detection and localization of cracks in dam concrete structures.
For a practical simplicity in designing of reinforced concrete structures, the indirect crack controlling method of limiting bar spacing is adopted in KCI structural design provisions. In addition, a direct method for evaluating crack width is also provided in the appendix of the code. But there may be some mismatched results between these two crack controlling methods. In this study, limit values of maximum bar spacing calculated from KCI provisions, KCI appendix, and Frosch's equation are examined as concrete strength, cross-section height, and concrete cover are varied, and the differences are analyzed. From the results, it becomes clear that the differences between maximum bar spacing calculated from KCI code text provisions and those from KCI code appendix provisions are too significant to be neglected. Therefore, rational crack models are suggested in order to get rid of the discrepancy between the direct and indirect control methods.
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.50
no.9
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pp.194-200
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2013
In this paper, we propose a multi-scale crack detection method using scaling. It is based on morphology algorithm, crack features, and scaling. We use a morphology operator which extracts patterns of crack. It segments cracks and background using opening and closing operations. Morphology based segmentation is better than existing integration methods using subtraction in detecting a crack it has small width. However, morphology methods using only one structure element could detect only fixed width crack. Thus, we use a scaling method. We use bilinear interpolation for scaling. Our method calculates values of properties such as the number of pixels and the maximum length of the segmented region. We decide whether the segmented region belongs to cracks according to those data. Experimental results show that our proposed multi-scale crack detection method has better results than those of existing detection methods.
Longitudinal fracture in a functionally graded beam configuration was studied analytically with taking into account the non-linear behavior of the material. A cantilever beam with two longitudinal cracks located symmetrically with respect to the centroid was analyzed. The material was functionally graded along the beam width as well as along the beam length. The fracture was studied in terms of the strain energy release rate. The influence of material gradient, crack location along the beam width, crack length and material non-linearity on the fracture behavior was investigated. It was shown that the analytical solution derived is very useful for parametric analyses of the non-linear longitudinal fracture behavior. It was found that by using appropriate material gradients in width and length directions of the beam, the strain energy release rate can be reduced significantly. Thus, the results obtained in the present paper may be applied for optimization of functionally graded beam structure with respect to the longitudinal fracture performance.
The strengthening of reinforced concrete structures by externally bonded GFRP has become increasingly common in resent years. However the analysis and design method for GFRP plate strengthening of RC beams is not well established yet. The purpose of present paper is, therefore, to define the failure mechanism and failure behavior of strengthened RC beam using GFRP and then to propose a resonable method for the calculation of interface debonding load for those beams. From the experimental results of beams strengthened by GFRP, the influence of length and thickness, width of plate on the interfacial debonding failure behavior of beam is studied and, on the basis of test results, the semi-empirical equation to predict debonding load is developed. The proposed theory based on nonlinear analysis and critical flexural crack width, predicts relatively well the debonding failure load of test beams and may be efficiently used in the analysis and design of strengthened RC beams using GFRP.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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