Different versions of a damage index (DI) along with a formulation to find the number of cycles at failure due to fatigue, applicable to reinforced concrete (RC) structures are presented. These are based on an energetic analysis method and applicable to both global and local levels. The required data can be found either from the numerical simulation of structures or from the experimental tests. A computer program has been developed to simulate numerically the nonlinear behavior of RC columns under cyclic loading. The proposed DI gives a regular distribution of structural damages up to failure and is validated by the results of the tests carried out on RC columns subjected to cyclic loading. In general, the local and global damage indices give approximately similar results, while each of them has its own advantages. The advantage of the implicit version of DI is that, it allows the comparison of the results with those of the monotonic loading case, while the explicit version makes it possible to estimate the number of loading cycles at failure due to fatigue, and the advantage of the simplified version is that; the monotonic loading data is not needed for the cyclic loading case.
Tang, Lian Sheng;Chen, Hao Kun;Sun, Yin Lei;Zhang, Qing Hua;Liao, Hua Rong
Geomechanics and Engineering
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제16권2호
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pp.113-124
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2018
Under repeated loading, the residual stresses within the subgrade and subsoil can accelerate the deformation of the road structures. In this paper, a series of laboratory cyclic loading model tests and small-scale model tests were conducted to investigate the dynamic stress response within soils under different loading conditions. The experimental results showed that a dynamic stress accumulation effect occurred if the soil showed cumulative deformation: (1) the residual stress increased and accumulated with an increasing number of loading cycles, and (2) the residual stress was superimposed on the stress response of the subsequent loading cycles, inducing a greater peak stress response. There are two conditions that must be met for the dynamic stress accumulation effect to occur. A threshold state exists only if the external load exceeds the cyclic threshold stress. Then, the stress accumulation effect occurs. A higher loading frequency results in a higher rate of increase for the residual stress. In addition to the superposition of the increasing residual stress, soil densification might contribute to the increasing peak stress during cyclic loading. An increase in soil stiffness and a decrease in dissipative energy induce a greater stress transmission within the material.
This study was carried out to estimate the runoff loading characteristics of the non-point source pollutions in the Youngsan river basins by the method of land-use types and rainfall. The lysimeter test, rainfall and stream flowmeter measurement were performed to develop the pollutant loading unit discharged from the non-point sources. As the non-point sources, the unit pollutant discharge rates were different from the land-use types such as paddy field, upland, forest, housing site and others. The pollutant loading units classified by land-use types in the Youngsan river basins are as follows: The total BOD loading rate is 15.3 ton/day and the housing site is discharged 50.6%, the total T-N loading rate is 6.0 ton/day and the paddy field and upland is discharged 77.6%, and the total T-P loading rate is 0.39 ton/day and the paddy field and upland is discharged 81.2%. The pollutant loadings by rainfall in the Youngsan river basins are about 7,425 ton/year of BOD, 324 ton/year of T-N and 118 ton/year of T-P, respectively.
In this paper, a pitch-type wave energy converter (WEC-rotor) is investigated in irregular wave conditions for the real sea testing at the west coast of Jeju Island, South Korea. The present research builds on and extends our previous work on regular waves to irregular waves. The hydrodynamic characteristics of the WEC-rotor are assessed by establishing a quasi-two-dimensional numerical wave tank using computational fluid dynamics by solving the Reynolds-averaged Navier-Stokes equation. The numerical solution is validated with physical experiments, and the comparison shows good agreement. Furthermore, the hydrodynamic performance of the WEC-rotor is explored by investigating the effect of the power take-off (PTO) loading torque by one-way and two-way systems, the wave height, the wave period, operational and high sea wave conditions. Irrespective of the sea wave conditions, the absorbed power is quadratic in nature with the one-way and two-way PTO loading systems. The power absorption increases with the wave height, and the increment is rapid and mild in the two-way and one-way PTO loading torques, respectively. The pitch response amplitude operator increases as the wave period increases until the maximum value and then decreases. For a fixed PTO loading, the power and efficiency are higher in the two-way PTO loading system than in the one-way PTO loading system at different wave periods.
In this paper, a compression to tensile load converter device was developed to determine the anisotropic tensile strength of concrete. The samples were made from a mixture of water, fine sand and cement, respectively. Concrete samples with a hole at its center was prepared and subjected to tensile loading using the compression to tensile load converter device. A hydraulic load cell applied compressive loading to converter device with a constant pressure of 0.02 MPa per second. Compressive loading was converted to tensile stress on the sample because of the overall test design. The samples have three different configurations related to loading axis; 0, $45^{\circ}$, $-45^{\circ}$. A series of finite element analysis were done to analyze the effect of hole diameter on stress concentration of the hole side along its horizontal axis to provide a suitable criterion for determining the real tensile strength of concrete. Concurrent with indirect tensile test, Brazilian test and three point loading test were also performed to compare the results from the three methods. Results obtained by this device were quite encouraging and show that the tensile strengths of concrete were similar in different directions because of the homogeneity of bonding between the concrete materials. Also, the indirect tensile strength was clearly lower than the Brazilian test strength and three point loading test.
Garcia-Roncero, Herminio;Caballe-Serrano, Jordi;Cano-Batalla, Jordi;Cabratosa-Termes, Josep;Figueras-Alvarez, Oscar
The Journal of Advanced Prosthodontics
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제7권2호
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pp.160-165
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2015
PURPOSE. In this study, a temporal abutment fixation screw, designed to fracture in a controlled way upon application of an occlusal force sufficient to produce critical micromotion was developed. The purpose of the screw was to protect the osseointegration of immediate loaded single implants. MATERIALS AND METHODS. Seven different screw prototypes were examined by fixing titanium abutments to 112 Mozo-Grau external hexagon implants (MG Osseous$^{(R)}$; Mozo-Grau, S.A., Valladolid, Spain). Fracture strength was tested at $30^{\circ}$ in two subgroups per screw: one under dynamic loading and the other without prior dynamic loading. Dynamic loading was performed in a single-axis chewing simulator using 150,000 load cycles at 50 N. After normal distribution of obtained data was verified by Kolmogorov-Smirnov test, fracture resistance between samples submitted and not submitted to dynamic loading was compared by the use of Student's t-test. Comparison of fracture resistance among different screw designs was performed by the use of one-way analysis of variance. Confidence interval was set at 95%. RESULTS. Fractures occurred in all screws, allowing easy retrieval. Screw Prototypes 2, 5 and 6 failed during dynamic loading and exhibited statistically significant differences from the other prototypes. CONCLUSION. Prototypes 2, 5 and 6 may offer a useful protective mechanism during occlusal overload in immediate loaded implants.
In this study, effects of impact loads on reinforced concrete (RC) plates are examined analytically. During examination of RC plates, they were exposed to impact loading with two different support conditions in three different sizes. RC plates in different support conditions were analyzed with Concrete Damage Plasticity Model (CDP) and reinforcing steel was modeled with Classical Metal Plasticity Model (CMP) by ABAQUS finite element software. After the analysis it is found that impact loads, displacements, energy absorption capacities and damage patterns are changed due to support conditions and plate sizes. Results that are obtained from RC plate experiments in literature under impact loads are found to be similar with the results of numerical analysis with CDP material models.
The damage of concrete subjected to multiaxial complex loading involves strong anisotropy due to its highly heterogeneous nature and the geometrically anisotropic characteristic of the microcracks. A comprehensive description of concrete damage is proposed by introducing a fourth-order anisotropic damage tenser. The evolution of damage is assumed to be related to the principal components of the current states of stress and damage. The unilateral effect of damage due to the closure and opening of microcracks is taken into account by introducing projection tensors that are also determined by the current state of stress. The proposed damage model considers the different kinds of damage mechanisms that result in different failure modes and different patterns of microdefects that cause different unilateral effects. This damage model is embedded in a thermomechanically consistent constitutive equation in which hardening and the triaxial compression caused shear-enhanced compaction can also be taken into account. The validity of the proposed model is verified by comparing theoretical and experimental results of plain and steel fiber reinforced concrete subjected to complex triaxial stress histories.
The purpose of this study was to assess the efficiency of nitrification based on ammonia loading rates and hydraulic air-loading rates in a moving bed bioreactor (MBBR) under seawater conditions. The goal was to provide foundational data for the design of these bio reactors. At an ammonia loading rate of 0.2 g TAN·m-2 surface area·day-1, the influent TAN concentration was determined to be 1.76±0.33 mg·L-1, which is below the safe concentration for fish survival (2 mg·L-1). Considering operational aspects, the optimal ammonia-loading rate was derived. Subsequently, experimental results for nitrification efficiency at the optimal ammonia-loading rate revealed that the optimum hydraulic air-loading rate was 1.8 L·air·m-2 surface area·min-1. This condition resulted in the lowest concentrations of TAN and NO2-N in the influent water, thus establishing the optimal hydraulic air-loading rate. A regression equation was derived for the ammonia-removal rate (Y) based on the ammonia-loading rate (x) and expressed as a 0.5-order equation (Y=ax0.5+b). Specifically, for TAN concentrations of 0-6 mg·L-1, the regression equation Y=0.1683x0.5-0.13628, was established.
The study investigated the behavior of plain and fibered Ultra-High Performance Concrete (UHPC) beams under varying loading conditions using integrated analysis of the flexure and acoustic emission tests. The loading rate of testing is -0.25 -2 mm/min. It is observed that on increasing loading rate, flexural strength increases, and toughness decreases. The acoustic emission testing revealed that higher loading rates accelerate crack propagation. Fiber effect and matrix cracking are identified as significant contributors to the release of acoustic emission energy, with fiber rupture/failure and matrix cracking showing rate-dependent behavior. Crack classification analysis indicated that the rise angle (RA) value decreased under quasi-static loading. The average frequency (AF) value increased with the loading rate, but this trend reversed under rate-dependent conditions. K-means analysis identified distinct clusters of crack types with unique frequency and duration characteristics at different loading rates. Furthermore, the historic index and signal strength decreased with increasing loading rate after peak capacity, while the severity index increased in the post-peak zone, indicating more severe damage. The sudden rise in the historic index and cumulative signal strength indicates the possibility of several occurrences, such as the emergence of a significant crack, shifts in cracking modes, abrupt failure, or notable fiber debonding/pull-out. Moreover, there is a distinct rise in the number of AE knees corresponding to the increase in loading rate. The crack mapping from acoustic emission testing aligned with observed failure patterns, validating its use in structural health monitoring.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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