Laboratory experiments and numerical simulations using Particle Flow Code (PFC2D) were performed to study the effects of joint separation and joint overlapping on the full failure behavior of rock bridges under direct shear loading. Through numerical direct shear tests, the failure process is visually observed and the failure patterns are achieved with reasonable conformity with the experimental results. The simulation results clearly showed that cracks developed during the test were predominantly tension cracks. It was deduced that the failure pattern was mostly influenced by both of the joint separation and joint overlapping while the shear strength is closely related to the failure pattern and its failure mechanism. The studies revealed that shear strength of rock bridges are increased with increasing in the joint separation. Also, it was observed that for a fixed cross sectional area of rock bridges, shear strength of overlapped joints are less than the shear strength of non-overlapped joints.
In the present study, an evaluation method for progressive failure of composite laminates has been proposed based on Puck's failure criterion and damage mechanics. The initial failure (or initiation of crack/delamination) has been assessed using Puck's failure criterion, and the progressive failure (or growth of crack/delamination) has been evaluated using fiber- and matrix-dependent damage variables. Based on Puck's failure criterion-damage mechanics coupling theories, the ABAQUS user-defined subroutine UMAT has been developed in order to analyze the progressive failure of glass/carbon fiber-reinforced composite laminates efficiently. In addition, the developed subroutine has been applied to progressive failure problem of industrial composite laminates, and the analysis results has been compared to experimental results which have been already reported in publications. It was confirmed that the simulation results were coincided well with the reported composite failure results.
In order to evaluate the integrity of Zr-2.5Nb pressure tubes, probabilistic fracture mechanics(PFM) approach was employed. Failure assessment diagram(FAD), plastic collapses, and critical crack lengths(CCL) were used for evaluating the failure probability as failure criteria. The Kr-FAD as failure assessment diagram was used because fracture of pressure tubes occurred in brittle manner due to hydrogen embrittlement of material by deuterium fluence. The probabilistic integrity evaluation observed AECL procedures and used fracture toughness parameters of EPRI and recently announced theory. In conclusion, the probabilistic approach using the Kr-FAD made it possible to determine major failure criterion in the pressure tube integrity evaluation.
Failure patterns of rock specimens represent valuable information about the mechanical properties and crack evolution mechanism of rock. Several kinds of research have been conducted regarding the failure mechanism of brittle material, however; the influence of brittleness on the failure mechanism of rock specimens has not been precisely considered. In the present study, experimental and numerical examinations have been made to evaluate the physical and mechanical phenomena associated with rock failure mechanisms through the uniaxial compression test. In the experimental part, Unconfined Compressive Strength (UCS) tests equipped with Acoustic Emission (AE) have been conducted on rock samples with three different brittleness. Then, the numerical models have been calibrated based on experimental test results for further investigation and comparing the micro-cracking process in experimental and numerical models. It can be perceived that the failure mode of specimens with high brittleness is tensile axial splitting, based on the experimental evidence of rock specimens with different brittleness. Also, the crack growth mechanism of the rock specimens with various brittleness using discrete element modeling in the numerical part suggested that the specimens with more brittleness contain more tensile fracture during the loading sequences.
This paper attempts to develop the analytical model of estimating the fatigue damage using a linear elastic fracture mechanics method. The stress history on a welding member, when a truck passed over a bridge, was defined as a block loading and the crack closure theory was used. These theories explain the influence of a load on a structure. This study undertook an analysis of the stress range frequency considering both dead load stress and crack opening stress. A probability method applied to stress range frequency distribution and the probability distribution parameters of it was obtained by Maximum likelihood Method and Determinant. Monte Carlo Simulation which generates a probability variants (stress range) output failure block loadings. The probability distribution of failure block loadings was acquired by Maximum likelihood Method and Determinant. This can calculate the fatigue reliability preventing the fatigue failure of a welding member. The failure block loading divided by the average daily truck traffic is a predictive remaining life by a day. Fatigue reliability analysis was carried out for the welding member of the bottom flange of a cross beam and the vertical stiffener of a steel box bridge by the proposed model. Results showed that the primary factor effecting failure time was crack opening stress. It was important to decide the crack opening stress for using the proposed model. Also according to the 50% reliability and 90%, 99.9% failure times were indicated.
Chai, Gin Boay;Hoon, Kay Hiang;Chin, Sin Sheng;Soh, Ai Kah
Structural Engineering and Mechanics
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제4권5호
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pp.485-496
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1996
This paper describes a numerical and experimental study on the stability and failure behaviour of rectangular symmetric laminated composite plates. The plates are simply supported along the unloaded edges and clamped along the loaded ends, and they are subjected to uniaxial in-plane compression. The finite element method was employed for the theoretical study. The study examines the effect of the plate's stacking sequence and aspect ratio on the stability and failure response of rectangular symmetric laminated carbon fibre reinforced plastics composite plates. The study also includes the effect of the unloaded edge support conditions on the postbuckling response and failure of the plates. Extensive experimental investigation were also carried out to supplement the finite element study. A comprehensive comparison between theory and experimental data are presented and discussed in this contribution.
The dilatancy of granular materials has significant influence on its mechanical behaviors. The dilation angle is taken as a constant in conventional associated or non-associated flow rules based on Drucker-Prager yields theory. However, various experimental results show the dilatancy changes during progressive failure of granular materials. A non-associated flow rule with evolution of dilation angle is adopted in this study, and Cosserat continuum theory is used to describe the behaviors of granular materials for considering to some extent the its internal structure. Numerical examples focus on the bearing capacity and localization of granular materials, and results illustrate the capability and performance of the presented model in modeling the effect on failure behavior of granular materials.
암석파괴역학과 파괴인성 이하의 응력상태에서 균열이 발생하고 성장하는 특성을 고려하여 암반사면의 진행성 파괴를 검토하였다. 굴착이 종료된 암반사면은 응력이 거의 변하지 않은 조건이지만, 시간이 경과함에 따라 절리면 내 미소한 접점에서 파괴가 발생하고 파괴된 접점의 수효가 증가함에 따라 절리면이 파괴되고, 파괴된 절리면이 많아져 사면이 파괴되는 진행성파괴 현상을 수치해석적으로 확인하였다. 따라서 암반사면의 진행성 파괴는 파괴인성보다 낮은 응력상태에 있는 암반 절리면 내 미소한 접점에서 시간의 경과에 따라 발생한 균열이 성장하여 사면을 파괴시키는 것으로 분석되었다.
Fiber Reinforced Polymer (FRP), which has a high strength to weight ratio, are now regularly used for strengthening of deficient reinforced concrete (RC) structures. While various researches have been conducted on FRP strengthening, an area that still requires attention is predicting the debonding failure load of prestressed FRP strengthened RC beams. Application of prestressing increases the capacity and reduces the premature failure of the beams largely, though not entirely. Few analytical methods are available to predict the failure loads under flexure failure. With this paucity, this research proposes a method for predicting debonding failure induced by intermediate crack (IC) for prestressed FRP-strengthened beams. The method consists of a numerical study on beams retrofitted with prestressed FRP in the tension side of the beam. The method applies modified Branson moment-curvature analysis together with the global energy balance approach in combination with fracture mechanics criteria to predict failure load for complicated IC-induced failure. The numerically simulated results were compared with published experimental data and the average of theoretical to experimental debonding failure load is found to be 0.93 with a standard deviation of 0.09.
In the present study, a series of physical experiments and numerical simulations were conducted to investigate the effects of mode I and mixed-mode I/II cracks on the fracture modes and stability of roadway tunnel models. The experiments and simulations incorporated different inclination angle flaws under both static and dynamic loads. The quasi-static and dynamic testing were conducted by using an electro-hydraulic servo control device and drop weight impact system (DWIS), and the failure process was simulated by using rock failure process analysis (RFPA) and AUTODYN software. The stress intensity factor was also calculated to evaluate the stability of the flawed roadway tunnel models by using ABAQUS software. According to comparisons between the test and numerical results, it is observed that for flawed roadways with a single radical crack and inclination angle of 45°, the static and dynamic stability are the lowest relative to other angles of fractured rock masses. For mixed-mode I/II cracks in flawed roadway tunnel models under dynamic loading, a wing crack is produced and the pre-existing cracks increase the stress concentration factor in the right part of the specimen, but this factor will not be larger than the maximum principal stress region in the roadway tunnel models. Additionally, damage to the sidewalls will be involved in the flawed roadway tunnel models under static loads.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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