Kumar, M.R. Nanda;Murthy, A. Ramachandra;Gopinath, Smitha;Iyer, Nagesh R.
Structural Engineering and Mechanics
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제57권1호
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pp.65-89
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2016
This paper presents the development of methodologies using Extended Finite Element Method (XFEM) for cracked unstiffened and concentric stiffened panels subjected to constant amplitude tensile fatigue loading. XFEM formulations such as level set representation of crack, element stiffness matrix formulation and numerical integration are presented and implemented in MATLAB software. Stiffeners of the stiffened panels are modelled using truss elements such that nodes of the panel and nodes of the stiffener coincide. Stress Intensity Factor (SIF) is computed from the solutions of XFEM using domain form of interaction integral. Paris's crack growth law is used to compute the number of fatigue cycles up to failure. Numerical investigations are carried out to model the crack growth, estimate the remaining life and generate damage tolerant curves. From the studies, it is observed that (i) there is a considerable increase in fatigue life of stiffened panels compared to unstiffened panels and (ii) as the external applied stress is decreasing number of fatigue life cycles taken by the component is increasing.
Mechanical responses and failure behaviors of advanced C/C composite tube are very important for structural component design in nuclear reactor. In this study, an experimental investigation was conducted to study mechanical properties of C/C composite tube. Quasi-static compression loading was applied to a type of advanced composite tube to determine the response of the quasi-static load displacement curve during progressive damage. Acoustic emissions (AE) signals were captured and analyzed to characterize the crack formation and crack development. In addition, the crack propagation of the specimens was monitored by imaging technique and failure mode of the specimen was analyzed. FEM is appled to simulate the stress distribution. Results show that advanced C/C composite tube exhibits considerable energy absorption capability and stability in load-carrying capacity.
It is important to prevent roll failure in hot rolling process for reducing maintenance coat and production loss. Roll material and rolling conditions such as the roll force and torque have been intensively investigated to overcome the roll failures. In this study, a computer roll life prediction system under working condition is developed and evaluated on IBM-PC level. The system is composed and fatigue estimation models which are stress analysis, crack propagation, wear and fatigue estimation. Roll damage can be predicted by calculating the stress anplification, crack depth propagation and fatigue level in the roll using this computer model. The developed system is applied to a work roll in actual hot rolling process for reliability evaluation. Roll failures can be diagnosed and the propriety of current working condition can be determined through roll life prediction simulation.
5층 이하 비내진상세를 가지는 철근콘크리트 건축물의 지진시 긴급 위험도 평가를 위한 부재의 정량적 손상도 평가 기준을 제시하기 위하여 실대형 크기의 철근콘크리트 1층 1경간 골조 실험체의 정적실험을 실시하였다. 실험결과, 실험체는 기둥의 휨항복후 전단파괴에 의하여 파괴되었으며, 기둥과 접합부에 균열, 압괴 등의 손상이 발생한 반면, 보에는 균열 등의 손상이 거의 발생하지 않았다. 이와 같이 비내진상세를 가지며 휨항복후 전단파괴하는 철근콘크리트 기둥의 손상도를 5단계로 분류하고 손상단계별 한계상태를 평가하기 위한 정량적 기준으로서 지진시 상대적으로 측정이 용이한 잔류 층간변형각과 잔류 균열폭을 이용하였다. 손상한계상태의 잔류 층간변형각 및 잔류 균열폭은 실험결과에 따른 손상한계상태의 최대 층간변형각과의 관계에 의하여 결정하였으며, 한계 최대 층간변형각은 실험결과에 의한 부재의 하중-변형 관계 및 손상발생 현황을 바탕으로 결정하였다. 한계 잔류 층간변형각은 해당 최대 층간변형각에 의한 잔류 층간변형각 중의 최대값 이상이 되도록 하였으며, 한계 잔류 균열폭은 해당 최대 층간변형각에 의한 잔류 전단균열폭의 최소값 및 잔류 휨균열폭의 평균값으로 결정하였다. 한편, 본 논문을 통하여 제시한 손상한계상태의 잔류 층간변형각과 잔류 균열폭은 지진으로 동일한 부재 변형이 발생할 경우 내진설계가 실시된 부재를 대상으로 하는 국외 손상도 평가 기준에 의한 값보다 작은 것으로 나타났다.
In order to predict failure behavior of advanced high-strength steel sheets (AHSS) in hole expansion tests, damage model was developed considering surface condition sensitivity (with specimens prepared by milling and punching: 340R, TRIP590, TWIP940). To account for the micro-damage initiation and evolution as well as macro-crack formation, the stress triaxiality dependent fracture criterion and rate-dependent hardening and ultimate softening behavior were characterized by performing numerical simulations and experiments for the simple tension and V-notch tests. The developed damage model and the characterized mechanical property were incorporated into the FE program ABAQUS/Explicit to perform hole expansion simulations, which showed good agreement with experiments.
This paper describes a study on the tearing damage of the ship's bottom plating during a grounding. It has been known widely that difference scaling laws are applied for bodies undergoing simultaneously plastic flow and crack propagation in the deformation of the plate tearing. Especially, the basic scaling law is not followed for the fracture. In this study plate cutting experiments for the geometrically similar models have been performed in order to verify the problem. From the experimental results, it has been observed that the cutting forces and energy for the larger models are significantly lower than those of the smaller models the damage become large. A simplified analytical method for the estimation of tearing is proposed based on the experiments and it has been observed that the results of the present formula are correlated very well with the experiments
In this paper, post-earthquake capacity evaluation method of reinforced concrete buildings was studied. Substructure pseudo-dynamic test and static loading test of first story column in a four-story R/C building was carried out in order to investigate the validity of the evaluation method proposed in the Damage Assessment Guideline (JBDPA 2001). In pseudo-dynamic test, different levels of damage were induced in the specimens by pre-loading, and input levels of seismic motion, at which the specimens reached to the ultimate stage, were examined. From the experimental result, no significant difference in damage levels such as residual crack width between the specimens under static and pseudo-dynamic loading was found. It is shown that the seismic capacity reduction factors ${\eta}$ can provide a reasonable estimation of post-earthquake seismic capacity of R/C buildings suffered earthquakes.
The purpose of the present study is to identify the damage characteristics of concrete structures due to cracking by employing the acoustic emission techniques. A comprehensive experimental study has been done. The cracking damages under tensile and flexural loadings have been identified and the bond damage between steel and concrete have been also characterized. It is seen that the amplitudes and energy level of AE events is found to be smaller for bond cracking damages and larger for tensile cracking damages. The characteristic equations of the AE events for various cracking damages have been proposed based on the present test data. The internal microcracks are progressively developed ahead of a visible actual crack and the present study clearly exhibits thses damage mechanism for various types of cracking in concrete. The present study provides very useful data which can be used to identify the various types of cracking damages in concrete structures. This will allow very efficient maintenance of concrete structures through monitoring of internal cracking based on acoustic emission.
Polyvinylidene di-fluoride (PVDF) film sensor appeared to be practically useful for the structural health monitoring of composite materials and structures. PVDF film sensors were either attached to or embedded in the graphite/epoxy composite (CFRP) samples to detect the fatigue damage at the bondline of single-lap joints or the tensile failure of unidirectional laminates. PVDF sensors were sensitive enough to detect and determine the crack front in linear location since composites usually produce very energetic acoustic emission (AE). PVDF sensors are extremely cost-effective, as flexible as other plastic films, in low profile as thin as a few tens of microns, and have relatively wide-band response, all of which characteristics are readily utilized for the structural health monitoring of composite structures. Signals due to fatigue damage showed a characteristics of mode II (shear) type failure whereas those from fiber breakage at DEN notches showed that of mode I (tensile) type fracture.
During the 1995 Hyogoken-Nanbu Earthquake, a reinforced concrete building, called Jeunesse Rokko, suffered intermediate damage by forming a beam-yielding (weak-beam strong-column) mechanism, which has been regarded as the most desirable earthquake resisting mechanism throughout the world. High cost to repair damage at many beam ends and poor appearance expected after the repair work made the owner decide to tear down the building. Nonlinear earthquake response analyses were conducted to simulate the behavior of the building during the earthquake. The influence of non-structural members was considered in the analysis. The calculated results were compared with the observed damage, especially the location of yield hinges and compression failure of spandrel beams, and the degree of cracking in columns and in column-girder connections.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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