The present paper concerns the macroscopic overall description of rheologic properties for steel wire and synthetic fibre cables under variable loading actions according to non-linear creep and/or relaxation theory. The general constitutive equations of non-linear creep and/or relaxation of tension elements - cables under one-step and the variable stress or strain inputs using the product and two types of additive approximations of the kernel functions are presented in the paper. The derived non-linear constitutive equations describe a non-linear rheologic behaviour of the cables for a variable stress or strain history using the kernel functions determined only by one-step - constant creep or relaxation tests. The developed constitutive equations enable to simulate and to predict in a general way non-linear rheologic behaviour of the cables under an arbitrary loading or straining history. The derived constitutive equations can be used for the various tension structural elements with the non-linear rheologic properties under uniaxial variable stressing or straining.
The substance of the use of the derived non-linear creep constitutive equations under variable stress levels (see first part of the paper, Kmet 2004) is explained and the strategy of their application is outlined using the results of one-step creep tests of the steel spiral strand rope as an example. In order to investigate the creep strain increments of cables an experimental set-up was originally designed and a series of tests were carried out. Attention is turned to the individual main steps in the production and application procedure, i.e., to the one-step creep tests, definition of loading history, determination of the kernel functions, selection and definition of constitutive equation and to the comparison of the resulting values considering the product and the additive forms of the approximation of the kernel functions. To this purpose, the parametrical study is performed and the results are presented. The constitutive equations of non-linear creep of cable under variable stress history offer a strong tool for the real simulation of stochastic variable load history and prediction of realistic time-dependent response (current deflection and stress configuration) of structures with cable elements. By means of suitable stress combination and its gradual repeating various loads and times effects can be modelled.
In this paper, the non-linear time-dependent closed-form, discrete and combined solutions for the post-elastic response of a geometrically and physically non-linear suspended cable to a uniformly distributed load considering the creep effects, are presented. The time-dependent closed-form method for the particularly straightforward determination of a vertical uniformly distributed load applied over the entire span of a cable and the accompanying deflection at time t corresponding to the elastic limit and/or to the elastic region, post-elastic and failure range of a suspended cable is described. The actual stress-strain properties of steel cables as well as creep of cables and their rheological characteristics are considered. In this solution, applying the Irvine's theory, the direct use of experimental data, such as the actual stress-strain and strain-time properties of high-strength steel cables, is implemented. The results obtained by the closed-form solution, i.e., a load corresponding to the elastic limit, post-elastic and failure range at time t, enable the direct use in the discrete non-linear time-dependent post-elastic analysis of a suspended cable. This initial value of load is necessary for the non-linear time-dependent elastic and post-elastic discrete analysis, concerning incremental and iterative solution strategies with tangent modulus concept. At each time step, the suspended cable is analyzed under the applied load and imposed deformations originated due to creep. This combined time-dependent approach, based on the closed-form solution and on the FEM, allows a prediction of the required load that occurs in the post-elastic region. The application of the described methods and derived equations is illustrated by numerical examples.
본 연구는 theta 투영법을 이용하여 터보제트 터빈 블레이드 크리프 특성을 파악하는데 목적이 있다. Theta 투영법은 우수한 정확성을 지니고 있어 폭넓게 사용되고 있다. 크리프 특성을 파악하기 위해 고온 크리프 시험을 수행하였으며, 시험 조건은 터보제트 엔진 운용조건과 소재의 비선형 특성을 고려하여 선정하였으며, four theta 모델의 적합성을 평가하기 위해 크리프 시험 결과와 비교하였다. 크리프 시험결과를 활용하여 크리프 곡선은 four theta model을 이용하여 생성하였다. 반복적인 계산을 통하여 비선형 최소자승법을 이용하여 시험 결과에 대해 최적의 theta 값을 도출하였다. Theta 투영법을 이용하여 크리프 곡선을 생성한 결과 $R^2$값이 0.95이상의 우수한 정확성을 지니는 것을 확인하였다. 또한 four theta 모델의 검정을 위해 수행한 시험 결과와 비교하여 예측된 theta 값이 90.0%의 정확도를 가지어, theta 투영법은 크리프 거동을 예측하여 설계목적에 이용하기 위해 유용하게 사용될 수 있다.
The present paper is concerned with a delamination analysis of a multilayered frame structure that exhibits non-linear creep behavior. A solution to the strain energy release rate is obtained by considering the time-dependent complementary strain energy in the frame. The mechanical behavior of the frame is treated by using a non-linear stress-strain-time relationship. The time-dependent solution to the strain energy release rate obtained in the present paper holds for a multilayered frame made of arbitrary number of adhesively bonded layers of different thicknesses and material properties. Besides, the dealamination is located arbitrary along the thickness. The solution to the strain energy release rate is verifiedby applying the J-integral approach. A parametric study of the strain energy release rate is carried-out. Two three-layered frame configurations are analyzed in order to evaluate the influence of the delamination crack location along the thickness on the strain energy release rate. The strain energy release is analyzed also for the case when a notch is cut-out in the inner delamination crack arm. The results obtained are compared with these for a frame without a notch.
In this paper, fracture analysis of a continuously inhomogeneous arch structure with two longitudinal cracks is developed in terms of the time-dependent strain energy release rate. The arch under consideration exhibits non-linear creep behavior. The cross-section of the arch is a rectangle. The material is continuously inhomogeneous along the thickness of the cross-section. The arch is loaded by two bending moments applied at its end sections. The mechanical behavior of the material is described by using a non-linear stress-strain-time relationship. The two longitudinal cracks are located symmetrically with respect to the mid-span of the arch. Due to the symmetry, only half of the arch is considered. Time-dependent solutions to strain energy release rate are obtained by analyzing the balance of the energy. For verification, time-dependent solutions to the strain energy release rate are derived also by considering the time-dependent complementary strain energy. The evolution of the strain energy release rate with the time is analyzed. The effects of material inhomogeneity, locations of the two cracks along the thickness of the arch and the magnitude of the external loading on the time-dependent strain energy release rate are evaluated.
Kashkoli, Mosayeb Davoudi;Tahan, Khosro Naderan;Nejad, Mohammad Zamani
Steel and Composite Structures
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제32권6호
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pp.701-715
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2019
Using first-order shear deformation theory (FSDT), a semi-analytical solution is employed to analyze creep damage and remaining life assessment of 304L austenitic stainless steel thick (304L ASS) cylindrical pressure vessels with variable thickness subjected to the temperature gradient and internal non-uniform pressure. Damages are obtained in thick cylinder using Robinson's linear life fraction damage rule, and time to rupture and remaining life assessment is determined by Larson-Miller Parameter (LMP). The thermo-elastic creep response of the material is described by Norton's law. The novelty of the present work is that it seeks to investigate creep damage and life assessment of the vessels with variable thickness made of 304L ASS using LMP based on first-order shear deformation theory. A numerical solution using finite element method (FEM) is also presented and good agreement is found. It is shown that temperature gradient and non-uniform pressure have significant influences on the creep damages and remaining life of the vessel.
This paper presents a semi-analytical solution for the creep analysis and life assessment of 304L austenitic stainless steel thick truncated conical shells using multilayered method based on the first order shear deformation theory (FSDT). The cone is subjected to the non-uniform internal pressure and temperature gradient. Damages are obtained in thick truncated conical shell using Robinson's linear life fraction damage rule, and time to rupture and remaining life assessment is determined by Larson-Miller Parameter (LMP). The creep response of the material is described by Norton's law. In the multilayer method, the truncated cone is divided into n homogeneous disks, and n sets of differential equations with constant coefficients. This set of equations is solved analytically by applying boundary and continuity conditions between the layers. The results obtained analytically have been compared with the numerical results of the finite element method. The results show that the multilayered method based on FSDT has an acceptable amount of accuracy when one wants to obtain radial displacement, radial, circumferential and shear stresses. It is shown that non-uniform pressure has significant influences on the creep damages and remaining life of the truncated cone.
항공용 프리프레그의 기체 투과와 creep 변형 현상을 실험과 모델링을 통하여 autoclave 공정의 주요 공정변수인 시간, 온도 그리고 consolidation 압력에 대하여 연구하였 다. 적층된 프리프레그를 이용한 실험을 통하여 진공/autoclave 압력이 프리프레그에 가해졌 을 때 프리프레그의 두께는 선형 점탄성 변형을 나타내며 in-plane 기체 흐름은 투과 hysteresis 와 함께 non-Darcian flow 현상을 나타냄을 보여주었다. 이러한 현상은 bulk dimensional relaxation 그리고 미시적 기공의 구조 재배열이라는 두 가지 점탄성 완화현상 으로 관찰되고 분석되어졌다. Modified Standard Linear Solid (SLS) 점탄성 모델을 사용하 여 실험결과를 분석한 결과 creep relaxation 과 기체투과 속도를 대표하는 모델상수를 결정 할수 있었다.
Time-dependent stress-strain behaviour significantly influences the compressibility characteristics of the clayey soil. In this paper, a series of oedometer tests were conducted in two loading patterns and investigated the time-dependent compressibility characteristics of Indian Montmorillonite Clay, also known as black cotton soil (BC) soil, during loading-unloading stages. The experimental data are analyzed using a new non-linear function of the Elasto-Visco-Plastic Model considering Swelling behaviour (EVPS model). From the experimental result, it is found that BC soil exhibits significant time-dependent behaviour during creep compared to the swelling stage. Pore water entrance restriction due to consolidated overburden pressure and decrease in cation hydrations are responsible factors. Apart from it, particle sliding is also evident during creep. The time-dependent parameters like strain limit, creep coefficient and Cαe/Cc are observed to be significant during the loading stage than the swelling stage. The relationship between creep coefficients and applied stresses is found to be nonlinear. The creep coefficient increases significantly up to 630 kPa-760 kPa (during reloading), and beyond it, the creep coefficient decreases continuously. Several parameters like loading duration, the magnitude of applied stress, loading history, and loading path have also influenced secondary compressibility characteristics. The time-dependent compressibility characteristics of BC soil are presented and discussed in detail.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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