Most design practices have not taken advantage of the advanced theories in the modern fracture mechanics and finite element analysis due to complexity of analysis as well as the large quantity of vaguely defined parameters in actual designs. This paper considers fatigue problems in bridge structures using effective analytical and design tools from the field of qualitative constraint reasoning. A set of software modules was developed for fatigue analysis ,and evaluation, which is easily applicable in engineering practices of bridge designers. The software modules integrate techniques in the field of knowledge representation and qualitative reasoning, into the conventional fatigue analysis. The techniques enable the use complex analysis formulations to tackle practical problems with uncertainties, and present the design outcome in two-dimensional design space. Appropriate engineering assumptions and judgments in carrying out these procedures, often the most difficult part for practicing engineers, can be partially produced by using qualitative reasoning to define the trends and ranges, interval constraint analysis to derive the controlling parameters, as well as design space to account for practical experience. This paper depicts a way of complex analysis to practical engineering designs with qualitative reasoning.
Groundwater flow in fractured rocks generates many challenging problems to scientist and engineers in the projects related to oil and geothermal reservoirs, subsurface contaminations and underground openings. To circumvent these problems, the numerical simulation of groundwater system is used as an established tool in these days. Discrete modelling approach emphasizes geometric parameters, aperture and transport properties of fracture. On the other hand, continuum modelling approach uses the parameters formulated in a way of average hydraulic property. In recent years, the results of field observations from underground opening indicate that groundwater in rock mass flows in a channel form. The channel flow is postulated as the result of the combined effects of geometric pattern and aperture variation.
Effects of friction stir welding parameters such as tool rotation speed and welding speed on the joints properties of 5052 Al alloys were studied in this study. A wide range of friction stir welding conditions could be applied to join 5052 AA alloy without defects in the weld zone except for certain welding conditions with a lower heat input. Microstructures near the weld zone showed general weld structures such as stir zone (SZ), thermo-mechanically affected zone (TMAZ) and heat affected zone (HAZ). Each zone showed the dynamically recrystallized grain, transient grain and structure similar to base metal's, respectively. Hardness distribution near the weld zone represented a similar value of the base metal under wide welding conditions. However, in case of 800 rpm of tool rotation speed, hardness of the stir zone had a higher value due to the fine grain with lots of dislocation tangle, a higher angle grain boundary and some of Al3Fe particles. Except joints with weld defects, tensile strength and elongation of the joints had values similar to the base metal values and fracture always occurred in the regions approximately 5mm away from the weld center.
Dadmand, Behrooz;Pourbaba, Masoud;Sadaghian, Hamed;Mirmiran, Amir
Advances in concrete construction
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v.10
no.3
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pp.195-209
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2020
This study investigates the behavior of ultra-high-performance fiber-reinforced concrete (UHPFRC) with hybrid macro-micro steel and macro steel-polypropylene (PP) fibers. Compression, direct and indirect tension tests were carried out on cubic and cylindrical, dogbone and prismatic specimens, respectively. Three types of macro steel fibers, i.e., round crimped (RC), crimped (C), and hooked (H) were combined with micro steel (MS) and PP fibers in overall ratios of 2% by volume. Additionally, numerical analyses were performed to validate the test results. Parameters studied included, fracture energy, tensile strength, compressive strength, flexural strength, and residual strength. Tests showed that replacing PP fibers with MS significantly improves all parameters particularly flexural strength (17.38 MPa compared to 37.71 MPa). Additionally, the adopted numerical approach successfully captured the flexural load-deflection response of experimental beams. Lastly, the proposed regression model for the flexural load-deflection curve compared very well with experimental results, as evidenced by its coefficient of correlation (R2) of over 0.90.
Almashaqbeh, Hashem K.;Irshidat, Mohammad R.;Najjar, Yacoub
Smart Structures and Systems
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v.29
no.2
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pp.337-350
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2022
This paper focuses on predicting the post-heating mechanical properties of cementitious composites reinforced with multi-scale additives using the Artificial Neural Network (ANN) approach. A total of four different feed-forward ANN models are developed using 261 data sets collected from 18 published sources. The models are optimized using 12 input parameters selected based on a comprehensive literature review to predict the residual compressive strength, the residual flexural strengths, elastic modulus, and fracture energy of heat-damaged cementitious specimens. Furthermore, the ANN is employed to predict the impact of several variables including; the content of polypropylene (PP) microfibers and carbon nanotubes (CNTs) used in the concrete, mortar, or paste mix design, length of PP fibers, the average diameter of CNTs, and the average length of CNTs. The influence of the studied parameters is investigated at different heating levels ranged from 25℃ to 800℃. The results demonstrate that the developed ANN models have a strong potential for predicting the mechanical properties of the heated cementitious composites based on the mixing ingredients in addition to the heating conditions.
Ping Wu;Dongang Li;Feng Yu;Yuan Fang;Guosheng Xiang;Zilong Li
Steel and Composite Structures
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v.47
no.1
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pp.19-36
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2023
An experimental study of eleven PVC-FRP Confined Concrete (PFCC) column-Reinforced Concrete (RC) beam joints reinforced with Core Steel Tube (CST) under axial compression is carried out. All specimens are designed in accordance with the principle of "weak column and strong joint". The influences of FRP strips spacing, length and steel ratio of CST, height and stirrup ratio of joint on mechanical behavior are investigated. As the design anticipated, all specimens are destroyed by column failure. The failure mode of PFCC column-RC beam joint reinforced with CST is the yielding of longitudinal steel bars, CST and stirrups of column as well as the fracture of FRP strips and PVC tube. The ultimate bearing capacity decreases as FRP strips spacing or joint height increases. The effects of other three studied parameters on ultimate bearing capacity are not obvious. The strain development rules of longitudinal steel bars, PVC tube, FRP strips, column stirrups and CST are revealed. The effects of various studied parameters on stiffness are also examined. Additionally, an influence coefficient of joint height is introduced based on the regression analysis of test data, a theoretical formula for predicting bearing capacity is proposed and it agrees well with test data.
In order to directly apply seawater and sea sand in construction without desalination, a type of square concrete-filled steel tube (CFST) encased with prefabricated seawater sea-sand concrete filled Polyvinyl Chloride (PVC)/Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP) tube column was proposed. Twenty short columns were tested under uniaxial loads, and the test parameters included inner tube types, seawater sea-sand concrete replacement ratios, concrete strength, the wrapping area of Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) strips and the thickness of GFRP tube. The effects of the parameters on failure modes, loading capacity, ductility and strain responses were discussed. All the tested specimens failed with serious buckling of the steel tubes and fracture of the inner tubes. The specimens had good residual bearing capacity corresponding to 64% to 88.9% of the peak capacity. The inner GFRP tubes and PVC tubes wrapped by CFRP strips provided stronger confinement to the core concrete, and were good choices for the proposed columns. Moreover, an analytical model for the composite column with different inner tube types was proposed.
Journal of the Korean Society of Groundwater Environment
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v.3
no.2
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pp.51-59
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1996
In case waste disposal site is to be constructed close to the underground facilities such as LPG storage cavern which is completely maintained by groundwater pressure, it is generally requested that the possibility on leachate contamination of cavern area be reviewed and the countermeasure, if it is estimated cavern area is severely affected by leachate, be taken into consideration. Prediction was performed and leachate control plan was made using by analytical and the numerical analysis on the leachate migration which is likely to happen at the area between the proposed waste disposal site and the underground LPG storage cavern located at the U petrochemical complex. Analytical solutions were obtained by the conservative mass advection-diffusion equation and the effect of advection and dispersion factor on the leachate migration was reviewed through peclet number calculation and the functional relationship between the factors and leachate transport velocity was established, which leads to enable us to predict the leachate transport velocity without difficulties when different parameters (factors) are used for analytical solution. Numerical solutions were obtained by FEM using AQUA2D which is for the simulation of groundwater flow and contaminant transport. 3-D discrete fracture models were simulated and fracture flow analysis was performed and feasibility study on the water-curtain system was conducted through the fracture connectivity analysis in rock mass. As results of those analyses, it was interpreted that the leachate would trespass on the LPG storage cavern area in 30 years from the proposed wate disposal site and the vertical water-curtain system was effective mathod for the prevention of leachate's migration further into the cavern area.
Fiber is an important ingredient in fiber-reinforced cement composite (FRCC) which can control fracture of cement composite by bridging action. In compliance with the action of the fiber and the aggregate size, it also showed a different failure mechanism. For practical application, it is needed to investigate the fracture behavior of the FRCC and to understand the micro-mechanism of cement matrix with reinforcing fiber. In order to evaluate a characteristics of fracture process in the FRCC, acoustic emission (AE) technique was used for the analysis and evaluation of FRCC damage by acoustic emission under flexural and cyclic compressive loadings. The AE signals were monitored by AMSY4 AE instrument during the entire loading period. The specimens are reinforced with 0, 1.0, 1.5 and 2.0% (by volume) Polyvinyl alcohol (PVA) fiber. The test results showed that the damage progress of the FRCC was characteristic for the fiber replacement ratio. As a result of analyzing the felicity ratio (FR) values, it is shown that this values can be used for evaluating the degree of FRCC damage. On the whole the felicity ratio values of FRCC are shown between 0.4 and 1.1. And, the AE kaiser effect was shown in the all FRCC specimen. In addition, the damage behavior and the microscopic fracture process of the FRCC are evaluated using the AE parameters, such as calm ratio, b-value and felicity ratio. The purpose of this reserch was to advance the state of knowledge regarding the applicability of acoustic emission as an evaluation method for FRCC.
Restorative procedures can lead to weakening tooth due to reduction and alteraton of tooth structure. It is essential to prevent fractures to conserve tooth. Among the several parameters in cavity designs, cavity isthmus and depth are very important. In this study, MO amalgam cavity was prepared on maxillary first premolar. Three dimensional. finite element models were made by serial photographic method and cavity depth(1.7mm, 2.4mm) and isthmus (11 4, 1/3, 1/2 of intercuspal distance) were varied. linear, eight and six-nodal, isoparametric brick elements were used for the three dimensional finite element model. The periodontal ligament and alveolar bone surrounding the tooth were excluded in these models. Three types model(B, G and R model) were developed. B model was assumed perfect bonding between the restoration and cavity wall. Both compressive and tensile forces were distributed directly to the adjacent regions. G model(Gap Distance: 0.000001mm) was assumed the possibility of play at the interface simulated the lack of real bonding between the amalgam and cavity wall (enamel and dentin). When compression occurred along the interface, the forces were transferred to the adjacent regions. However, tensile forces perpendicular to the interface were excluded. R model was assumed non-connection between the restoration and cavity wall. No force was transferred to the adjacent regions. A load of 500N was applied vertically at the first node from the lingual slope of the buccal cusp tip. This study analysed the displacement, von Mises stress, 1 and 2 direction normal stress and strain with FEM software ABAQUS Version 5.2 and hardware IRIS 4D/310 VGX Work-station. The results were as follows: 1. G model showed stress and strain patterns between Band R model. 2. B model and G model showed the bending phenomenon in the displacement. 3. R model showed the greatest amount of the displacement of the buccal cusp followed by G and B model in descending order. G model showed the greatest amount of the displacement of the lingual cusp followed by B and R model in descending order. 4. B model showed no change of the displacement as increasing depth and width of the cavity. G and R model showed greater displacement of the buccal cusp as increasing depth and width of the cavity, but no change in the displacement of the lingual cusp. 5. As increasing of the width of the cavity, stress and strain were not changed in B model. Stress and strain were increased on the distal marginal ridge and buccopulpal line angle in G and R model. The possibility of the tooth fracture was increased. 6. As increasing of the depth of the cavity, stress and strain were not changed in B and G model. Stress and strain were increased on the distal marginal ridge and buccopulpal line angle in R model. The possibility of the tooth fracture was increased.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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