Murthy, A. Rama Chandra;Palani, G.S.;Iyer, Nagesh R.
Structural Engineering and Mechanics
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v.32
no.3
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pp.459-475
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2009
This paper presents analytical methodologies for remaining life prediction of plain concrete structural components considering tension softening and size effects. Non-linear fracture mechanics principles (NLFM) have been used for crack growth analysis and remaining life prediction. Various tension softening models such as linear, bi-linear, tri-linear, exponential and power curve have been presented with appropriate expressions. Size effect has been accounted for by modifying the Paris law, leading to a size adjusted Paris law, which gives crack length increment per cycle as a power function of the amplitude of a size adjusted stress intensity factor (SIF). Details of tension softening effects and size effect in the computation of SIF and remaining life prediction have been presented. Numerical studies have been conducted on three point bending concrete beams under constant amplitude loading. The predicted remaining life values with the combination of tension softening & size effects are in close agreement with the corresponding experimental values available in the literature for all the tension softening models.
Park, T.;Lee, W.;Chung, K.H.;Kim, J.H.;Kim, D.;Kim, Chong-Min;Okamoto, Kazutaka;Wagoner, R.H.;Chung, K.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2008.10a
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pp.304-307
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2008
In order to evaluate the effect of permanent softening behavior on springback prediction, 2D-draw bending simulations were compared with experiments for friction stir welded DP590 steel sheets. To account fur the nonlinear hardening behavior, the combined isotropic-kinematic hardening law was utilized with and without considering the permanent softening behavior during reverse loading. Also, the non-quadratic orthotropic yield function, Yld2000-2d, was used to describe the anisotropic initial-yielding behavior of the base sheet while anisotropic properties of the weld zone were ignored for simplicity.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.27
no.4
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pp.494-502
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2003
The near-tip field of mode-I dynamic cracks steadily propagating in a strain softening material is investigated under plane strain conditions. The material is assumed to be incompressible and its deformation obeys the $J_2$ flow theory of plasticity. A power-law stress-strain relation with strain softening is adopted to account for the damage behavior of materials near the dynamic crack tip. By assuming that the stresses and strain have the same singularity at the crack tip. this paper obtains a fully continuous dynamic crack-tip field in the damage region. Results show that the stress and strain components the same logarithmic singularity of (In(R/r))$\delta$, and the angular variations of filed quantities are identical to those corresponding to the dynamic cracks in the elastic-perfectly plastic material.
A simple numerical scheme suitable for tracing the fracture propagation path for structures idealized by means of Hillerborg's classical cohesive crack model is presented. A direct collocation, multidomain boundary element method is adopted for the required space discretization. The algorithm proposed is necessarily iterative in nature since the crack itinerary is a priori unknown. The fracture process is assumed to be governed by a path-dependent generally nonlinear softening law. The potentialities of the method are illustrated through two examples.
Seo, Min-Woo;Park, Jun-Boum;Park, Inn-Joon;Cho, Nam-Jun
Journal of the Korean Geosynthetics Society
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v.2
no.1
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pp.57-68
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2003
Strain-softening model is developed to characterize the interface behavior of geomembrane with geotextile and geosynthetic clay liner(GCL). The model proposed in this research is calibrated by using data from direct shear tests conducted on smooth and textured geomembrane. The research is divided into two regions, pre-peak and post-peak, to take into account of strain-softening effect. Although slight difference between measured and back calculated data is observed under high normal stress, good agreements, in general, are found from back calculations. Especially, good consistency is observed in the case of low normal stress. Based on the results, it can be concluded that the proposed model can be a reasonable constitutive law to figure out the behavior of strain-softening between interfaces of geomembrane. In addition, DSC(Disturbed State Concept) model is also presented for further application in geosynthetic interfaces.
A theoretical exploration for determining the characteristic length of the cohesive zone for a double cantilever beam (DCB) specimen under mode I loading was conducted. Two traction-separation laws were studied: (i) a law with only a linear elastic stage from zero to full traction strength; and (ii) a bilinear traction law illustrating a progressive softening stage. Two analytical solutions were derived for the first law, which fit well into two existing solution groups. A transcendental equation was derived for the bilinear traction law, and a graphical method was presented to identify the resultant cohesive zone length. The study using the bilinear traction law enabled the theoretical investigation of the individual effects of cohesive law parameters (i.e., strength, stiffness, and fracture energy) on the cohesive zone length. Correlations between the theoretical and finite element (FE) results were assessed. Effects of traction law parameters on the cohesive zone length were discussed.
The purpose of the present study is to investigate the microstructural effect on the R-curve behavior in three aluminas with different grain size distributions by analyzing the bridging stress distribution. The crack opening displacement (COD) according to the distance behind the stationary crack tip was measured using an in situ SEM fracture method. The measured COD values in the fine-grained alumina agreed well with Wiederhorn's sollution while they deviated from Wiederhorn's solution in the two coarse-grained aluminas because of the increase of the crack closure due to the grain interface bridging in the crack wake. A numerical fitting procedure was conducted by the introduction of the power-law relation and the current theoretical model together with the measured COD's in order to obtain the bridging stress distribution. The results indicated that the bridging stress function and the R-curve computed by the current model were consistent with those computed by the power-law relation providing a reliable evidence for the bridging stress analysis of the current model. The strain-softening exponent in the power-law relation n, was calculated to be in the range from 2 to 3 and was closely related to the grain size distribution. Thus it was concluded from the current theoretical model that the grain size distribution affected greatly the bridging stress distribution thereby resulting in the quantitative analysis of microfracture of polycrystalline aluminas through correlating the local-fracture-cont-rolling microstructure.
The short-time permissible temperature of an overhead distribution line conductor is determined by the softening characteristics of ACSR-OC, ACSR AW/OC 160, typical conductors employed in the overhead distribution line. Transient heat transfer equation and Newton's cooling law were applied to analyze the heating and cooling effects of the insulating conductors, respectively, and the error of co-relation was calibrated after simulating the softening test to assess the short-time characteristic of the insulating conductor. In order to verify the softening characteristic, the conductors were tested with heat cycle. The test was totally carried out 200 cycles, and 1 cycle was to heat and cool at 1.1 times permissible current of the conductor, 1.15 times for 120 minutes, respectively. After heating, the tensile strength and surface of the conductor were observed. In case of ACSR-OC, as the result of 100 hour heating test, the tensile strength of the insulator was 0.8 times the initial value. This is equivalent to the value of the conductors which are used for 10 years at sites.
The capability of a multi-directional fixed smeared crack constitutive model to simulate the flexural/punching failure modes of fiber reinforced concrete (FRC) laminar structures is discussed. The constitutive model is implemented in a computer program based on the finite element method, where the FRC laminar structures were simulated according to the Reissner-Mindlin shell theory. The shell is discretized into layers for the simulation of the membrane, bending and out-of-plane shear nonlinear behavior. A stress-strain softening diagram is proposed to reproduce, after crack initiation, the evolution of the normal crack component. The in-plane shear crack component is obtained using the concept of shear retention factor, defined by a crack-strain dependent law. To capture the punching failure mode, a softening diagram is proposed to simulate the decrease of the out-of-plane shear stress components with the increase of the corresponding shear strain components, after crack initiation. With this relatively simple approach, accurate predictions of the behavior of FRC structures failing in bending and in shear can be obtained. To assess the predictive performance of the model, a punching experimental test of a module of a façade panel fabricated with steel fiber reinforced self-compacting concrete is numerically simulated. The influence of some parameters defining the softening diagrams is discussed.
Tamayo, Jorge Luis Palomino;Awruch, Armando Miguel
Structural Engineering and Mechanics
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v.58
no.5
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pp.799-823
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2016
A finite element model for the non-linear dynamic analysis of a reinforced concrete (RC) containment shell of a nuclear power plant subjected to extreme loads such as impact and earthquake is presented in this work. The impact is modeled by using an uncoupled approach in which a load function is applied at the impact zone. The earthquake load is modeled by prescribing ground accelerations at the base of the structure. The nuclear containment is discretized spatially by using 20-node brick finite elements. The concrete in compression is modeled by using a modified $Dr{\ddot{u}}cker$-Prager elasto-plastic constitutive law where strain rate effects are considered. Cracking of concrete is modeled by using a smeared cracking approach where the tension-stiffening effect is included via a strain-softening rule. A model based on fracture mechanics, using the concept of constant fracture energy release, is used to relate the strain softening effect to the element size in order to guaranty mesh independency in the numerical prediction. The reinforcing bars are represented by incorporated membrane elements with a von Mises elasto-plastic law. Two benchmarks are used to verify the numerical implementation of the present model. Results are presented graphically in terms of displacement histories and cracking patterns. Finally, the influence of the shear transfer model used for cracked concrete as well as the effect due to a base slab incorporation in the numerical modeling are analyzed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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