The predictive utility of a damage model depends heavily on its particular choice of a damage variable, which serves as a macroscopic approximation in describing the underlying micromechanical processes of microdefects. In the case of spatially perfectly randomly distributed microcracks or microvoids in all directions, isotropic damage model is an appropriate choice, and scalar damage variables were widely used for isotropic or one-dimensional phenomenological damage models. The simplicity of a scalar damage representation is indeed very attractive. However, a scalar damage model is of somewhat limited use in practice. In order to entirely characterize the isotropic damage behaviors of damaged materials in multidimensional space, a system theory of isotropic double scalar damage variables, including the expressions of specific damage energy release rate, the coupled constitutive equations corresponding to damage, the conditions of admissibility for two scalar damage effective tensors within the framework of the thermodynamics of irreversible processes, was provided and analyzed in this study. Compared with the former studies, the theoretical formulations of double scalar damage variables in this study are given in the form of matrix, which has many features such as simpleness, directness, convenience and programmable characteristics. It is worth mentioning that the above-mentioned theoretical formulations are only logically reasonable. Owing to the limitations of time, conditions, funds, etc. they should be subject to multifaceted experiments before their innovative significance can be fully verified. The current level of research can be regarded as an exploratory attempt in this field.
Finite element (FE) model updating is a useful tool for global damage detection technique, which identifies the damage of the structure using measured vibration data. This paper presents the application of a finite element model updating method to detect the damage of a small-scale reinforced concrete building structure using measured acceleration data from shaking table tests. An iterative FE model updating strategy using the least-squares solution based on sensitivity of frequency response functions and natural frequencies was provided. In addition, a side constraint to mitigate numerical difficulties associated with ill-conditioning was described. The test structure was subjected to six El Centro 1942 ground motion histories with different Peak Ground Accelerations (PGA) ranging from 0.06 g to 0.5 g, and analytical models corresponding to each stage of the shaking were obtained using the model updating method. Flexural stiffness values of the structural members were chosen as the updating parameters. In model updating at each stage of shaking, the initial values of the parameter were set to those obtained from the previous stage. Severity of damage at each stage of shaking was determined from the change of the updated stiffness values. Results indicated that larger reductions in stiffness values occurred at the slab members than at the wall members, and this was consistent with the observed damage pattern of the test structure.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.4
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pp.1241-1250
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1996
The characteristics of fatigue cumulative damage and fatigue life of 8-harness satin woven CFRP composites with a circular hole under constant amplitude and 2-level block loading are estimated by Stochastic Makov chain model. It is found in this study that the fatigue damage accumulation behavior is very random and the fatigue damage is accumulated as two regions under constant amplitude fatigue loading. In constant amplitude fatigue loading the predicted mean number of cycles to a specified damage state by Markov chain model shows a good agreement with the test result. The predicted distribution of the fatigue cumulative damage by Markov chain model is similar to the test result. The fatigue life predictions under 2-level block loading by Markov chain model revised are good fitted to the test result more than by 2-parameter Weibull distribution function using percent failure rule.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.13
no.10
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pp.130-138
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1996
In general, the scattler is observed in fatigue test data due to the nonhomogeneity of a material. Consequently. It is necessary to use the statistical method to describe the fatigue crack growth process precisely. Bogdanoff and Kozin suggested and developed the B-model which is the probabilistic models of cumulative damage using the Markov process in order to describe the damage process. But the B-model uses only constant probability ratior(r), so it is not consistent with the actual damage process. In this study, the r-decreasing model using a monotonic decreasing function is introduced to improve the B-model. To verify the model, thest data of fatigue crack growth of A12024-T351 and A17075-T651 are used. Compared with the empirical distribution of test data, the distribution from the r-decreasing model is satisfactory and damage process is well described from the probabilistic and physical viewpoint.
Windborne debris is a major cause of structural damage during severe windstorms and hurricanes owing to its direct impact on building envelopes as well as to the 'chain reaction' failure mechanism it induces by interacting with wind pressure damage. Estimation of debris risk is an important component in evaluating wind damage risk to residential developments. A debris risk model developed by the authors enables one to analytically aggregate damage threats to a building from different types of debris originating from neighboring buildings. This model is extended herein to a general debris risk analysis methodology that is then incorporated into a vulnerability model accounting for the temporal evolution of the interaction between pressure damage and debris damage during storm passage. The current paper (Part I) introduces the debris risk analysis methodology, establishing the mathematical modeling framework. Stochastic models are proposed to estimate the probability distributions of debris trajectory parameters used in the method. It is shown that model statistics can be estimated from available information from wind-tunnel experiments and post-damage surveys. The incorporation of the methodology into vulnerability modeling is described in Part II.
Domaneschi, Marco;Limongelli, Maria Pina;Martinelli, Luca
Smart Structures and Systems
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v.12
no.6
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pp.679-694
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2013
In this paper the application of the Interpolation Damage Detection Method to the numerical model of a suspension bridge instrumented with a network of Micro-Electro-Mechanical System sensors is presented. The method, which, in its present formulation, belongs to Level II damage identification method, can identify the presence and the location of damage from responses recorded on the structure before and after a seismic damaging event. The application of the method does not require knowledge of the modal properties of the structure nor a numerical model of it. Emphasis is placed herein on the influence of recorded signals noise on the reliability of the results given by the Interpolation Damage Detection Method. The response of a suspension bridge to seismic excitation is computed from a numerical model and artificially corrupted with random noise characteristic of two families of Micro-Electro-Mechanical System accelerometers. The reliability of the results is checked for different damage scenarios.
This paper presents the fatigue behavior of composite materials with impact-induced damage. The impact damage parameter is proposed to evaluate the effect of impact damage on fatigue life. Subsequently, a new model is developed to predict the fatigue life of impacted composite materials. Also, a stochastic model is proposed to describe the variation of fatigue life due to the material nonhomogeneity. For these models, the fatigue tests were performed on the unimpacted and impacted composite materials. The effect of impact damage on fatigue life can be characterized by the impact damage parameter. Additionally, the results by the present fatigue life prediction model agree well with experimental results regardless of applied impact energy. Also, the variation of fatigue life can be described by the present stochastic model and is reduced with applied impact energy.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.05a
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pp.155-158
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2005
Damage and fracture of concrete is characterized as the degradation of strength and stiffness. There can be modeled as the so-called homogenized crack model which can overcome the mesh sensitivity. But the plasticity and damage modeling for damage behavior before the fracture of concrete should be combined with the crack model. In this study, a damage function and an unified hardening-softening function are applied to the homogenized crack model to develope a 3-dimensional FEM program for nonlinear damage and fracture analysis of concrete. The comparison of numerical results and experimental data show that the combined modeling in this study can simulate the damage and fracture of concrete without the mesh-sensitivity. It is also shown that the behavior of the so-called Engineering Cementitious Composite(ECC) characterized by strain-hardening and multiple cracks can be well simulated using the modeling.
this paper was concentrated on the finite element formulation to solve boundary value problems by using the isotropic elasto-plastic damage constitutive model proposed previously(Noh, 2000) The plastic damage of ductile materials is generally accompanied by large plasticdeformation and strain. So nonlinearity problems induced by large deformation large rotation and large strain behaviors were dealt with using the nonlinear kinematics of elasto-plastic deformations based on the continuum mechanics. The elasto-plastic damage constitutive model was applied to the nonlinear finite element formulation process of Shin et al(1997) and an improved analysis model considering the all nonlinearities of structural behaviors is proposed. Finally to investigate the applicability and validity of the numerical model some numerial examples were considered.
Devesh K. Jaiswal;Goutam Mondal;Suresh R. Dash;Mayank Mishra
Structural Monitoring and Maintenance
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v.10
no.1
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pp.63-86
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2023
Structural health monitoring and damage detection are essential for assessing, maintaining, and rehabilitating structures. Most of the existing damage detection approaches compare the current state structural response with the undamaged vibrational structural response, which is unsuitable for old and existing structures where undamaged vibrational responses are absent. One of the approaches for existing structures, numerical model updating/inverse modelling, available in the literature, is limited to numerical studies with high-end software. In this study, an attempt is made to study the effectiveness of the model updating technique, simplify modelling complexity, and economize its usability. The optimization-based detection problem is addressed by using programmable open-sourced code, OpenSees® and a derivative-free optimization code, NOMAD®. Modal analysis is used for damage identification of beam-like structures with several damage scenarios. The performance of the proposed methodology is validated both numerically and experimentally. The proposed method performs satisfactorily in identifying both locations and intensity of damage in structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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