The use of high-strength steel and concrete in the construction industry has been gaining increasing attention over the past few decades. With it comes the need to utilise high-strength structural bolts to ensure the design load to be transferred safely through joint regions, where the space is limited due to the reduced structural dimensions. However, research on the behaviour of high-strength structural bolts under various loading combinations is still insufficient. Most of the current design specifications concerning high-strength structural bolts were established based on a very limited set of experimental results. Moreover, as experimental programs normally include limited design parameters for investigation, finite element analysis has become one of the effective methods to assist the understanding of the behaviour of structural components. An accurate and simple full-range stress-strain model for high-strength structural bolts under different loading combinations was therefore developed, where the effects of bolt fracture was included. The ultimate strength capacities of various structural bolts obtained from the present experimental program were compared with the existing design provisions. Furthermore, design recommendations concerning the pure shear and tension, as well as combined shear and tension resistance of Grade 10.9 high-strength structural bolts were provided.
An artificial recharge test aimed at investigating transport characteristics of the injected water plume in a fractured rock aquifer was conducted. The test used an injection well for injecting tap water whose temperature and electrical conductivity were different from the groundwater. Temporal and depth-wise variation of temperature and electrical conductivity was monitored in both the injection well and a nearby observation well. A highly permeable fracture zone acting as the major pathway of groundwater flow was distinctively revealed in the monitoring data. A finite element subsurface flow and transport simulator (FEFLOW) was used to investigate sensitivity of the transport process to associated aquifer parameters. Simulated results showed that aperture thickness of the fracture and the hydraulic gradient of groundwater highly affected spatio-temporal variation of temperature and electrical conductivity of the injected water plume. The study suggests that artificial recharge of colder water in a fractured rock aquifer could create a thermal plume persistent over a long period of time depending on hydro-thermal properties of the aquifer as well as the amount of injected water.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.10
no.2
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pp.96-100
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2002
The purpose of this paper is presented a rational method of predicting dynamic/impact tensile strength of high tensile steel materials widely used fur structural material of automobiles. It is known that the ultimate strength is related with the loading speed and the Lethargy Coefficient from the tensile test. The Dynamic Lethargy Coefficient is proportional to the disorientation of the molecular structure and indicates the magnitude of defects resulting from the probability of breaking the bonds responsible for its strength. The coefficient is obtained from the simple tensile test such as failure time and stresses at fracture. These factors not only affect the static strength but also have a great influence on the dynamic/impact characteristics of the joist and the adjacent structures. This strength is used to analyze the failure life prediction of mechanical system by virtue of its material fracture. The impact tensile test is performed to evaluate the life parameters due to loading speed with the proposed method. Also the evaluation of the dynamic/impact effect on the material tensile strength characteristics is compared with the result of Campbell-Cooper equation to verify the proposed method.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.9
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pp.1571-1578
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2003
This paper proposes a robust method for the Ramberg-Osgood(R-O)fit to accurately estimate elastic-plastic J from engineering fracture mechanics analysis based on deformation plasticity. The proposal is based on engineering stress-strain data to determine the R-O parameters, instead of true stress-strain data. Moreover, for practical applications, the method is given not only for the case when full stress-strain data are available but also for the case when only yield and tensile strengths are available. Reliability of the proposed method for the R-O fit is validated against detailed 3-D Finite Element (FE) analyses for circumferential through-wall cracked pipes under global bending using five different materials, three stainless steels and two ferritic steels. Taking the FE J results based on incremental plasticity using actual stress-strain data as reference, the FE J results based on deformation plasticity using various R-O fits are compared with reference J values. Comparisons show that the proposed R-O fit provides more accurate J values for all cases, compared to existing methods for the R-O fit. Advantages of the proposed R-O fit in practical applications are discussed, together with its accuracy.
Lee, Seong Hui;Choi, Sung Mo;Lee, E.T.;Shim, Hyun Ju
Steel and Composite Structures
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v.8
no.5
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pp.389-402
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2008
In December 2005, one(A) of the two pre-engineered warehouse buildings in the port of K City of Korea was completely destroyed and the other(B) was seriously damaged to be demolished. Over-loaded snow and unexpected blast of wind were the causes of the accident and destructive behavior was brittle fracture caused by web local buckling and lateral torsional buckling at the flange below rafter. However, the architectural design technology of today based on material non-linear method does not consider the tolerances to solve the problem of such brittle fracture. So, geometric non-linear evaluation which includes initial deformation, width-thickness ratio, web stiffener and unbraced length is required. This study evaluates the structural safety of 4 models in terms of width-thickness ratio and unbraced length using ANSYS 9.0 with parameters such as width-thickness ratio of web, existence/non-existence of stiffener and unbraced length. The purpose of this study is to analyze destructive mechanism of the above-mentioned two warehouse buildings and to provide ways to promote the safety of pre-engineered buildings.
Biaxially textured Ni tapes were fabricated by a cold working and recrystallization heat treatment processes from powder compact rods. The processing parameters associated with the cube texture formation in Ni tapes were systematically investigated by using X-ray diffraction and pole-figure analysis. The Ni powder used in this study was 5 $\mu$m in size and 99.99% in purity. To find the optimum sintering temperature, tensile tests were performed for Ni rods sintered at various temperatures. The Ni rods sintered at 100$0^{\circ}C$ showed poor elongation and low fracture strength, while the Wi rods sintered above 100$0^{\circ}C$ revealed good mechanical properties. The higher elongation and fracture strength of the Ni rods sintered at higher temperatures than 100$0^{\circ}C$ are attributed to the full densification of the sintered rods. The sintered Ni rods were cold-rolled with 5% reduction to the final thickness of 100 $\mu$m and then annealed for development of rube texture in rolled Ni tapes. The annealed Ni tapes depicted strong cube texture with FWHM(full-width at half-maximum) of in-plane and out-of-plane in the range of 8$^{\circ}$ to 10$^{\circ}$. The NiO deposited on the Ni tapes by MOCVD process showed good epitaxy with FWHM=10$^{\circ}$, which indicates that the Ni tapes can be used as a substrate for YBCO coated conductors.
We develop design model within which nucleation and propagation of crack in a fibrous composite is described. It is assumed that under loading, crack initiation and fracture of material happens in the composite. The problem of equilibrium of a composite with embryonic crack is reduced to the solution of the system of nonlinear singular integral equations with the Cauchy type kernel. Normal and tangential forces in the crack nucleation zone are determined from the solution of this system of equations. The crack appearance conditions in the composite are formed with regard to criterion of ultimate stretching of the material's bonds. We study the case when near the fiber, the binder has several arbitrary arranged rectilinear prefracture zones and a crack with interfacial bonds. The proposed computational model allows one to obtain the size and location of the zones of damages (prefracture zones) depending on geometric and mechanical characteristics of the fibrous composite and applied external load. Based on the suggested design model that takes into account the existence of damages (the zones of weakened interparticle bonds of the material) and cracks with end zones in the composite, we worked out a method for calculating the parameters of the composite, at which crack nucleation and crack growth occurs.
In this paper, the effect of functionally graded material (FGM) coatings on the fracture behavior of semi-elliptical cracks in cylinders is assessed. The objective is to calculate the stress intensity factor (SIF) of a longitudinal semi-elliptical crack on the wall of an aluminum cylinder with FGM coating. A three-dimensional finite element method (FEM) is used for constructing the mechanical models and analyzing the SIFs of cracks. The effect of many geometrical parameters such as relative depth, crack aspect ratio, FG coating thickness to liner thickness as well as the mechanical properties of the FG coating on the SIF of the cracks is discussed. For a special case, the validity of the FE model is examined. The results indicated that there is a particular crack aspect ratio in which the maximum value of SIFs changes from the deepest point to the surface point of the crack. Moreover, it was found that the SIFs decrease by increasing the thickness ratio of the cylinder. But, the cylinder length has no effect on the crack SIFs.
Tapullima, Jonathan;Sim, Hyung Woo;Kweon, Jin Hwe;Choi, Jin Ho
Composites Research
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v.32
no.2
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pp.102-107
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2019
Several studies related to reinforce composites structures in the through thickness direction have been developed along the years. As follows, in this study a new reinforced process is proposed based on previous experimental results using a novel stitching process in T-joints and one-stitched specimens. It was established the need to perform more analysis under standard test methods to obtain a better understanding. FEM analysis were compared after performed mode I interlaminar fracture toughness test, using different stitching patterns to analyze the through thickness strength with reference laminates without stitching. The stitching patterns were defined in $2{\times}2$ and $3{\times}3$, where the upper and lower head of the non-continuous stitching process (I-Fiber) has proven to influence in a higher through thickness strength of the laminate. In order to design the numerical model, cohesive parameters were required to define the surface to surface bonding elements using the cohesive zone method (CZM) and simulate the crack opening behavior from the double cantilever beam (DCB) test.
The production of the automotive parts with the ultra high strength steel usually involves large amount of springback as well as fracture during the cold stamping process. Variable blank holding force(VBHF) can be used as one of the effective process parameters to reduce the springback amount with achieving better condition of formability. In this paper, VBHF with respect to the punch stroke is applied to the stamping process of the front side rear lower member for reducing the springback amount. From the analyses with constant blank holding force(CBHF), 24 kinds of VBHF conditions are utilized to investigate the springback tendency. It is noted that springback can be effectively reduced when BHF is increased near the bottom dead center because VBHF provides the tensile force to the blank with an adequate level of deformation without fracture.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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