In this paper, the modified singular fracture process zone (S-FPZ) model is proposed to consider variation of a fracture criterion for continuous crack propagation in concrete. The fracture properties of the proposed fracture model are strain energy release rate at a micro-crack tip and crack closure stress (CCS) versus crack opening displacement (COD) relationship in the FPZ. The proposed model can simulate the estimated fracture energy of experimental results. The analysis results of the experimental data shows that specimen geometry and loading condition did not affect the CCS-COD relation. But the strain energy release rate is a function of not only specimen geometry but also crack extension. Until 25 mm crack extension, the strain energy release rate is a constant minimum value, and then it increased linearly to the maximum value. The maximum fracture criterion occurred at the peak load for an large size specimen. The fracture criterion remains the maximum value after the peak load. The variation of the fracture criterion is caused by micro-cracking and micro-crack localizing. The fracture criterion of strain energy release rate can simply be the size effect of concrete fracture, and it can be used to quantify the micro-tracking and micro-crack localizing behaviors of concrete.
The execution of an experiment is a complex affair. It includes the preparation of test specimens, the measurement process itself and also the evaluation of the experiment as such. Financial requirements can differ significantly. In contrast, the cost of numerical simulations can be negligible, but what is the credibility of a simulated experiment? Discussions frequently arise concerning the methodology used in simulations, and particularly over the geometric model used. Simplification, rounding or the complete omission of details are frequent reasons for differences that occur between simulation results and the results of executed experiments. However, the creation of a very complex geometry, perhaps all the way down to the resolution of the very structure of the material, can be complicated. The subject of the article is therefore a means of creating the material structure of concrete contained in a test specimen. Because a complex approach is taken right from the very start of the numerical simulation, maximum agreement with experimental results can be achieved. With regard to the automation of the process described, countless material structures can be generated and randomly produced samples simulated in this way. Subsequently, a certain degree of randomness can be observed in the results obtained, e.g., the shape of the failure - just as is the case with experiments. The first part of the article presents a description of a complex approach to the creation of a geometry representing real concrete test specimens. The second part presents a practical application in which the numerical simulation of the compressive testing of concrete is executed using the generated geometry.
This study presents a newly suggested test method of Mode II fracture toughness measurement called "Punch Through Shear Test" which was originally proposed by Backers and Stephansson in 2001. The purpose of this study is to check the validity of the suggested testing method by performing Mode II fracture toughness tests for Daejeon Granite. In addition, the optimal specimen geometry for the testing and the relation between Mode II fracture toughness and confining pressure were also investigated. Fractured surface was observed to be very smooth with lots of rock debris which came off fracture surface which obviously implies that the surface was sheared off. This confirms that Mode II fracturing actually occurred. In addition, numerical analyses including continuum analysis, particle flow code analysis and crack propagation simulations were performed. Results of these numerical analyses indicated that the cracks occurred in the specimen were predominantly in Mode II and these cracks led to failure of the test specimen. From this investigation, it can be concluded that the newly suggested "Punch Through Shear Test" method provides a reliable means of determining the Mode II fracture toughness. fracture toughness.
Low-cycle environmental fatigue tests of cast austenitic stainless steel CF8M at the condition of fatigue strain rate 0.04%/sec were conducted at the pressure and temperature, 15MPa, $315^{\circ}C$ of a operating pressurized water reactor. The used test rig was limited to install an extensometer at the gauge length of the cylindrical fatigue specimen inside the small autoclave. So the magnet type LVDT's were used to measure the fatigue displacement at the specimen shoulders inside the high temperature and high pressure water autoclave. However, the displacement and strain measured at the specimen shoulders is different from the one at the gauge length for the geometry and the cyclic strain hardening effect. FEM calculated the displacement and the strain of the gauge length from the data measured at the shoulders. Tensile test properties in elastic and plastic behavior of CF8M material were used in the FEM analysis. A series of low cycle fatigue tests simulating the cyclic strain hardening effect verified that the FEM calculation was well agreed with the simulated tests. The process and method developed in this study would be so useful to produce reliable environmental fatigue curves of CF8M stainless steel in pressurized water reactors.
Park, Tae Jun;Lee, Eun Hee;Kim, Kyung Mo;Kim, Hong Pyo
Corrosion Science and Technology
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v.11
no.6
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pp.257-262
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2012
Flow accelerated corrosion (FAC) of the carbon steel piping in nuclear power plants (NPPs) has been major issue in nuclear industry. Rotating cylinder FAC test facility was designed and fabricated and then performance of the facility was evaluated. The facility is very simple in design and economic in fabrication and can be used in material and chemistry screening test. The facility is equipped with on line monitoring of pH, conductivity, dissolved oxygen(DO), and temperature. Fluid velocity is controlled with rotating speed of the cylinder with a test specimen. FAC test of SA106 Gr. B carbon steel under 4 m/s flow velocity was performed with the rotating cylinder at DO concentration of less than 1 ppb and of 1.3 ppm. Also a corrosion test of the carbon steel at static condition, that is at zero fluid velocity, of test specimen and solution was performed at pH from 8 to 10 for comparison with the FAC data. For corrosion test in static condition, the amount of non adherent corrosion product was almost constant at pH ranging from 8 to 10. But adherent corrosion product decreased with increasing pH. This trend is consistent with decrease of Fe solubility with an increase in pH. For FAC test with rotating cylinder FAC test facility, the amount of non adherent corrosion product was also almost same for both DO concentrations. The rotating cylinder FAC test facility will be further improved by redesigning rotating cylinder and FAC specimen geometry for future work.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.13
no.3
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pp.461-471
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1989
For the mixed-mode crack problems the direction of crack growth, the crack path and the rational representation of fatigue crack growth rates should be studied to predict fatigue life and safety of structures. In this study, a round specimen which produce nearly identical effects in all loading directions is proposed to make an easy measurement of initial direction of crack growth. The mode I and mode II stress intensity factors of the specimen were calculated using finite element method, in which the square root singular stresses at the crack tip are modeled by means of four rectangular quarter-point eight-noded elements surrounding the crack tip. Experimental results for high strength aluminum alloy showed that the direction of mixed-mode crack growth agree well with maximum principal stress criterion as well as minimum strain energy density criterion, but not with maximum shear stress criterion. From data of fatigue crack growth rates using crack geometry projected on the line perpendicular to the loading direction it is easily established that mixed-mode fatigue crack growth in 5083-H115 aluminum alloy goes predominantly with mode I crack growth behaviors.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2002.10a
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pp.88-91
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2002
The two dimensional size effect of specimen gauge section (length x width) was investigated on the compressive behavior of a T300/924 [45/-45/0/90]3s, carbon fiber-epoxy laminate. A modified ICSTM compression test fixture was used together with an anti-buckling device to test 3mm thick specimens with a 30$\times$30, 50$\times$50, 70$\times$70, and 90mm$\times$90mm gauge length by width section. In all cases failure was sudden and occurred mainly within the gauge length. Post failure examination suggests that $0^{\circ}$ fiber microbuckling is the critical damage mechanism that causes final failure. This is the matrix dominated failure mode and its triggering depends very much on initial fiber waviness. It is suggested that manufacturing process and quality may play a significant role in determining the compressive strength. When the anti-buckling device was used on specimens, it was showed that the compressive strength with the device was slightly greater than that without the device due to surface friction between the specimen and the device by pretoque in bolts of the device. In the analysis result on influence of the anti-buckling device using the finite element method, it was found that the compressive strength with the anti-buckling device by loaded bolts was about 7% higher than actual compressive strength. Additionally, compressive tests on specimen with an open hole were performed. The local stress concentration arising from the hole dominates the strength of the laminate rather than the stresses in the bulk of the material. It is observed that the remote failure stress decreases with increasing hole size and specimen width but is generally well above the value one might predict from the elastic stress concentration factor. This suggests that the material is not ideally brittle and some stress relief occurs around the hole. X-ray radiography reveals that damage in the form of fiber microbuckling and delamination initiates at the edge of the hole at approximately 80% of the failure load and extends stably under increasing load before becoming unstable at a critical length of 2-3mm (depends on specimen geometry). This damage growth and failure are analysed by a linear cohesive zone model. Using the independently measured laminate parameters of unnotched compressive strength and in-plane fracture toughness the model predicts successfully the notched strength as a function of hole size and width.
The formation, microstructure and properties of novel ceramic composite materials manufactured by active-filler-controlled polymer pyrolysis were investigated. In the presence of active filler particles such as transition metals, bulk components of various geometry could be fabricated from siliconorganic polymer. Molybdenum- and tungsten-filled polymer suspensions were prepared and their conversion to ceramic composites by annealing in $CH_4$ atmosphere were studied. Dimensional change. porosity and phase distribution (filler network) were analyzed and correlated to the resulting hardness values. Molybdenum and tungsten as active filler were carburized completely to $Mo_2C$, $W_2C$ and WC in $CH_4$ atmosphere. Consequently, microcrystalline composites with the filler reaction products embedded in a silicon oxycarbide glass matrix were formed. Hardness was increased with increasing carburization and reached 8.6-9.5 GPa in the specimen pyrolyzed in $CH_4$ atmosphere.
In this study, constant amplitude fatigue tests on load-carrying fillet welded specimen carried out, and fatigue strengths were evaluated. Also, an attempt is made to develop a new analytical model with more accuracy to predict the fatigue crack propagation life of fillet welded cruciform joints of SWS 490B steels containing lack of penetration defects. from the result of this study, fatigue crack growth characteristics of load-carrying fillet welded cruciform joints, containing lack of penetration defacts are found to be affected by the weld geometry and the number of weld pass.
The "China Zun" tower in Beijing will rise to 528 meters in height and will be the tallest building in Beijing once built. Inspired by an ancient Chinese vessel, the "Zun", the plan dimensions reduce gradually from the bottom of the tower to the waist and then expand again as it rises to form an aesthetically beautiful and unique geometry. To satisfy the structural requirement for seismic and wind resistance, the structure is a dual system composed of a perimeter mega structure made of composite mega columns, mega braces, and belt trusses, and a reinforced-concrete core with steel plate-embedded walls. Advanced parametric design technology is applied to find the most efficient outer-perimeter structure system. The seismic design basically follows a mixed empirical and performance-based methodology that was verified by a shaking table test and other specimen lab tests. The tower is now half-way through its construction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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