In the design of the metal forming processes, various types of ductile fracture criteria are used to predict crack initiation and to fabricate metallic products without any defects. However, the quantitative measurement method for determination of crack initiation is insufficient. It is very difficult to detect crack initiation in ductile metals with excellent deformability because no significant load drop is observed due to crack generation. In this study, the applicability of acoustic emission sensors, which are commonly used in facility diagnostics, to measure crack initiation during the metal forming process was analyzed. Cylindrical notch specimens were designed using the finite element method to induce a premature crack on the surface of pre heat-treated steel (ESW90) material. In addition, specimens with various notch angles and heights were prepared and compression tests were carried out. During the compression tests, acoustic emission signal on the dies and images of the surface of the notch specimen were recorded using an optical camera in real time. The experimental results revealed that the acoustic emission sensor can be used to detect crack initiation in ductile metals due to severe plastic deformation.
In this study, the microstructure, mechanical properties and high temperature oxidation characteristics of HiSiMo and HiSiMoM ductile iron for exhaust manifold were investigated. The HiSiMoM ductile iron was developed by optimization of alloying element addition and casting design. The exhaust manifold prototype was fabricated using the HiSiMoM iron and this resulted in the weight saving of 0.73kg. The microstructures of the HiSiMo and HiSiMoM irons were similar each other and graphite nodularity was 89% and 93% respectively. Tensile strengths of them were 663.5 and 674.4 MPa and Brinell hardness were 235.3 and 243.9 respectively. Both irons showed parabolic weight gain behavior in high temperature oxidation atmosphere. Oxidation layer was divided into external and internal layers. The weight gain of the HiSiMoM iron was lower than that of the HiSiMo iron after isothermal oxidation test at $900^{\circ}C$. This should be rationalized by higher Si enrichment at the interface of the matrix and internal layer of the HiSiMoM iron.
Hidayat, Banu A.;Hu, Hsuan-Teh;Hsiao, Fu-Pei;Han, Ay Lie;Pita, Panapa;Haryanto, Yanuar
Earthquakes and Structures
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제19권6호
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pp.485-498
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2020
Non-ductile detailing of Reinforced Concrete (RC) frames may lead to structural failure when the structure is subjected to earthquake response. These designs are generally encountered in older RC frames constructed prior to the introduction of the ductility aspect. The failure observed in the beam-column joints (BCJs) and accompanied by excessive column damage. This work examines the seismic performance and failure mode of non-ductile designed RC columns and exterior BCJs. The design was based on the actual building in Tainan City, Taiwan, that collapsed due to the 2016 Meinong earthquake. Hence, an experimental investigation using cyclic testing was performed on two columns and two BCJ specimens scaled down to 50%. The experiment resulted in a poor response in both specimens. Excessive cracks and their propagation due to the incursion of the lateral loads could be observed close to the top and bottom of the specimens. Joint shear failure appeared in the joints. The ductility of the member was below the desired value of 4. This is the minimum number required to survive an earthquake with a similar magnitude to that of El Centro. The evidence provides an understanding of the seismic failure of poorly detailed RC frame structures.
The loading capacity of engineering structures/components reduces after the initiation and propagation of crack eventually leads to the final failure. Hence, it becomes essential to deal with the crack and its effects at the design and simulation stages itself, by detecting the prone area of the fracture. The phase-field (PF) method has been accepted widely in simulating fracture problems in complex geometries. However, most of the PF methods are formulated with second order continuity theoryinvolving C0 continuity. In the present study, PF method based on fourth-order (i.e., higher order) theory, maintaining C1 continuity has been proposed for ductile fracture simulation. The formulation includes fourth-order derivative terms of phase field variable, varying between 0 and 1. Applications of fourth-order PF theory to ductile fracture simulation resulted in novelty in this area. The proposed formulation is numerically solved using a two-dimensional finite element (FE) framework in 3-layered manner system. The solutions thus obtained from the proposed fourth order theory for different benchmark problems portray the improvement in the accuracy of the numerical results and are well matched with experimental results available in the literature. These results are also compared with second-order PF theory and a comparison study demonstrated the robustness of the proposed model in capturing ductile behaviour close to experimental observations.
The earthquake loss assessment framework of ductile reinforced concrete (or RC) frame using component-performance -based methodology was studied in this paper. The elasto-plastic rotation angle was used as the damage indicator of structural component, and the damage-to-loss model was proposed on the basis of the deformation indicator of structural component. Dynamic instability during incremental dynamic analysis was taken as collapse criterion, and column failure was taken as criterion that structure has to be demolished. Expected earthquake losses of low-rise, mid-rise and high-rise RC frames were discussed. The expected earthquake loss encompassed collapse loss, demolition loss and repair loss. Furthermore, component groups of RC frame were divided into structural components, nonstructural components and rugged components. The results indicate that ductile RC frame is more likely to be demolished than collapse, especially in low-rise and mid-rise RC frames. Furthermore, the less collapse margin ratio the structure has, the more demolition probability the structure will suffer under rare earthquake. The demolition share of total earthquake loss might be more prominent than repair share and collapse share in ductile RC frame.
As the bridges are an integral part of the transportation network, their function as one of the most important vital arteries during an earthquake is fundamental. In a design point of view, the bridges piers, and in particular the wall piers, are considered as effective structural elements in the seismic response of bridge structures due to their cantilever performance. Owing to reduced seismic load during design procedure, the response of these structural components should be ductile. This ductile behavior has a direct and decisive correlation to the development of plastic hinge region at the base of the wall pier. Several international seismic design codes and guidelines have suggested special detailing to assure ductile response in this region. In this paper, the parameters which affect the length of plastic hinge region in the reinforced concrete bridge with wall piers were examined and the sensitivity of these parameters was evaluated on the length of the plastic hinge region. Sensitivity analysis was accomplished by independently variable parameters with one standard deviation away from their means. For this aim, the Monte Carlo simulation, tornado diagram analysis, and first order second moment method were used to determine the uncertainties associated with analysis parameters. The results showed that, among the considered design variables, the aspect ratio of the pier wall (length to width ratio) and axial load level were the most important design parameters in the plastic hinge region, while the yield strength of transverse reinforcements had the least effect on determining the length of this region.
The effects of risering design and alloying element on the formation of defects such as external depression, primary and secondary shrinkage cavities in ductile cast iron were investigated. Two types of risering design for the cylindrically step-wise specimen, No. 1(progressive solidification) and No. 2(directional solidification) risering designs, were prepared and six different alloy compositions were casted. In the No. 1 risering design, external depression or primary shrinkage cavities due to liquid contraction were observed in all the specimens from SG 10 to SG 60. The defects caused by liquid contraction seemed to be more affected by risering design than alloying elements. The secondary shrinkage cavities were also observed in all the specimens but a swollen surface was not observed in all the castings. The primary shrinkage cavities were located right under the top surface or connected to the top surface, and were characterized by smooth surfaces. On the other hand, the secondary shrinkage cavities were positioned in the thermal center of the specimen steps 3 and 4, and characterized by rough surfaces. In the No. 2 risering design, no external depression or primary shrinkage cavities due to liquid contraction were observed in all the specimens from SG 10 to SG 60. However, the secondary shrinkage cavities were formed in the thermal center of specimens SG 40, 50 and 60. Like the No. 1 risering design, a swollen surface was not observed in all the castings.
본 논문은 유한요소 기반 다중스케일 연성파손모사 기법을 이용하여 결함이 존재하는 실배관의 파괴거동을 예측한다. 수정응력 파괴변형률 모델을 손상기준으로 선정하고 유한요소 손상해석을 통해 균열진전을 모사한다. 기준식의 결정에는 인장시험과 파괴인성시험 결과만이 요구되며 온도 $288^{\circ}C$ SA333 Gr. 6 탄소강에 적용하여 결과를 제시하였다. 요소크기-의존성 임계손상모델을 도입하여 손상해석의 수치해석적인 불안정성을 개선하였다. 본 연구에서 제안하는 가상시험법의 검증을 위해 미국 바텔 연구소에서 수행한 실배관 실험결과와 예측결과를 비교한다.
LNG선이나 해양플랜트 같은 설비나 구조물은 작동 조건을 고려할 때, 특히 부재마다 가지는 고유한 연성 취성천이온도(Ductile to Brittle Transition Temperature, DBTT)를 고려하여 설계되어야 한다. 본 연구에서는 해양플랜트 및 LNG선에 hull plate로 쓰이는 A-grade 연강(mild steel)에 대해 DBTT를 샤르피 V-노치(CVN) 실험을 통해 알아보았고 파괴형상을 통한 파괴거동을 살펴보았다. 그 결과 온도가 감소함에 따라 충격 흡수에너지는 감소함을 보였다. Upper shelf energy region과 lower shelf energy region이 나타나고 그 사이 구간의 천이점을 통해 DBTT가 결정되었다. 파괴형상에서는 upper shelf energy region에서 수많은 딤플이 연성파괴 형상으로 관찰되고 lower shelf energy region에서는 전형적인 취성파단형상이 관찰되었다. 이를 통해 BCC 구조를 가지는 A-grade 연강은 upper shelf energy 구역과 lower shelf energy구역을 보이고 그 사이 구간의 천이점에서 급격하게 온도가 떨어지는 DBTT구간을 뚜렷하게 보이는 특성을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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