The present paper focuses on experimental verification of the ply-by-ply basis inelastic analysis of multidirectional laminates. First of all, rate dependence of the tensile behavior of balanced symmetric cross-ply T800H/epoxy laminates with a $[0/90]_{3S}$ lay-up under off-axis loading conditions at $100^{\circ}C$ is examined. Uniaxial tension tests are performed on plain coupon specimens with various fiber orientations $[{\theta}/(90-{\theta})]_{3S}$ ($\theta$ = 0, 5, 15, 45 and $90^{\circ}C$) at two different strain rates (1.0 and 0.01%/min). The off-axis stress.strain curves exhibit marked nonlinearity for all the off-axis fiber orientations except for the on-axis fiber orientations $\theta$ = 0 and $90^{\circ}$, regardless of the strain rates. Strain rate has significant influences not only on the off-axis flow stress in the regime of nonlinear response but also on the apparent off-axis elastic modulus in the regime of initial linear response. A macromechanical constitutive model based on a ply viscoplasticity model and the classical laminated plate theory is applied to predictions of the rate-dependent off-axis nonlinear behavior of the cross-ply CFRP laminate. The material constants involved by the ply viscoplasticity model are identified on the basis of the experimental results on the unidirectional laminate of the same carbon/epoxy system. It is demonstrated that good agreements between the predicted and observed results are obtained by taking account of the fiber rotation induced by deformation as well as the rate dependence of the initial Young's moduli.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.3
no.1
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pp.1-12
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1995
Isothermal and thermal-mechanical fatigue characteristics of 12Cr heat resisting steel used for high temperature applications were investigated including hold time effects. Isothermal low cycle fatigue test at $600^{\circ}C$ and in-phase, out-of-phase thermal-mechanical fatigue test at 350 to $600^{\circ}C$ were conducted using smooth cylindrical hollow specimen under strain-control with total strain ranges from 0.006 to 0.015. Regardless of thermal-mechanical and isothermal fatigue tests, cyclic softening behavior was observed and much more pronounced in the thermal-mechanical fatigue tests with hold times due to the stress relaxation during the hold time. The phase difference between temperature and strain in thermal-mechanical fatigue tests resulted in significantly shorter fatigue life for out-of-phase compared to in-phase. The differences in fatigue lives were dependent upon the magnitudes of plastic strain ranges and mean stresses. During the hold time in the strain-controlled fatigue tests, the increase in the plastic strain range and the stress relaxation were observed. It appeared that the increase in plastic strain range per cycle and the introduction of creep damage made important contributions to the reduction of thermal-mechanical fatigue life with hold time, and the life reduction tendency was more remarkable in the in-phase than in the out-of-phase thermal-mechanical fatigue. Isothermal fatigue tests performed under the combination of fast and slow strain rates at $600^{\circ}C$ showed that the fatigue life decreased as the strain rate and frequency decreased,especially for the low strain ranges.
Nam, Hyun Suk;Kim, Ji Soo;Kim, Jin Weon;Kim, Yun Jae
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.2
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pp.167-173
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2016
This paper proposes ductile failure simulation under high strain rate conditions using finite element (FE) analyses. In order to simulate a cracked component under a high strain rate condition, this paper applies the stress-modified fracture strain model combined with the Johnson/Cook model. The stress-modified fracture strain model determines the incremental damage in terms of stress triaxiality (${\sigma}_m/{\sigma}_e$) and fracture strain (${\varepsilon}_f$) for a dimple fracture using the tensile test results. To validate the stress-modified fracture strain model under dynamic loading conditions, the parameters are calibrated using the tensile test results under various strain rates and the fracture toughness test results under quasi-static conditions. The calibrated damage model predicts the CT test results under a high strain rate. The simulated results were then compared with the experimental data.
Jeong, Kwang Young;Kim, Byeong-Jun;Cheon, Seong S.
Composites Research
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v.27
no.4
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pp.135-140
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2014
A constitutive equation, which was suggested for describing the compressive deformation behaviour of the expanded polyurethane, was applied to the expanded polypropylene under dynamic loading. This equation consists of seven parameters, five of which are obtained by fitting the stress strain curve obtained from the quasi-static compression test at the lowest base strain rate. The remaining two parameters are able to be determined by fitting the curve from the compression test at different two stage strain rates. In order to check the eligibility of the equation at high strain rate, the impact test was performed and the results were compared to the analytical constitutive equation results for the expanded polypropylene with expansion ratios of 30 and 40 times, respectively.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.12
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pp.1933-1943
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2001
A micromechanical model is presented for superplasticity in which heterogeneous microstructures are coupled with deformation behavior. The effects of initial distributions of grain size, and their evolutions on the mechanical properties can be predicted by the model. Alternative stress rate models such as Jaumann rate and rotation incremental rate have been employed to analyze uniaxial loading and simple shear problems and the appropriate modeling was studied on the basis of hypoelasticity and elasto-viscoplasticity. The model has been implemented into finite element software so that full process simulation can be carried out. Tests have been conducted on Ti-6Al-4V alloy and the microstructural features such as grain size, distributions of grain size, and volume fraction of each phase were examined for the materials that were tested at different strain rates. The experimentally observed stress-strain behavior on a range of initial grain size distributions has been shown to be correctly predicted. In addition, the effect of volume fraction of the phases and concurrent grain growth were analyzed. The dependence of failure strain on strain rate has been explained in terms of the change in mechanism of grain growth that occurs with changing strain rate.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.1
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pp.63-69
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1992
Plane-strain fatigue crack growth behavior of 7075-76 aluminium alloy was investigated by using side-grooved through-thickness center cracked tension(CCT) specimens. The effect of side-groove on the stress intensity factor value was examined. The effective thickness expression of $B_{e}$= $B_{o}$-( $B_{o}$-( $B_{ o-B_{n}^{2}}$$B_{o}$ is the most appropriate to evaluate the stress intensity factor of side-grooved CCT specimen for fatigue testing. Fatigue crack growth rates can be well described by the effective stress intensity factor range based on closure measurements, for both side-grooved and uniform thickness specimens. Provided that the thickness of specimen meets the requirements for valid plane-strain fracture toughness, uniform thickness specimen data may be assumed to approximately represent the plane strain through-thickness crack growth behavior.ehavior.r.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.10
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pp.1387-1393
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2002
The measurement of velocity and stain rate field has been conducted in opposed impinging jet combustion. When a smaller diameter (5mm) orifice of pre-chamber was used, previous studies had reported that the combustion phase showed a shift from weak turbulent combustion to moderate turbulent combustion in the modified Borghi Diagram. In the case with smaller orifice diameter (5mm), NOx emission was substantially reduced by a factor 1/2 while the combustion pressure remains at the same as that in the conventional combustion. Hence, in this study, the experiment setup using PIV technique was designed to identify the relation of the strain rate distribution and NOx reduction associated with moderate turbulent combustion. As a result, it was found that the highly strained pockets are widely distributed during the combustion in the middle of chamber when the orifice diameter is 5mm. And the corresponding PDF distribution of strain rates she was the smoothly distributed strain .ate within the range of |$\pm$1000| (1/sec) rather than a spike shape about zero point. This is the unique feature observed in the combustion with 5mm orifice diameter. Therefore, it can be concluded that the substantial NOx reduction in opposed impinging combustor is mainly attributed to the strain rate distribution within the range of |$\pm$1000|resulting in the combustion phase shift to moderate turbulent combustion.
Reinforced concrete (RC) does not provide sufficient resistance against impacts and blast loads, and the brittle structure of RC fails to protect against fractures due to the lack of shock absorption. Investigations on improving its resistance against explosion and impact have been actively conducted on high-performance fiber-reinforced cementitious composites (HPFRCCs), such as fiber-reinforced concrete and ultra-high-performance concrete. For these HPFRCCs, however, tensile strength and toughness are still significantly lower compared to compressive strength due to their limited fiber volume fraction. Therefore, in this study, the tensile behavior of slurry-infiltrated fiber-reinforced cementitious composites (SIFRCCs), which can accommodate a large number of steel fibers, was analyzed under static and dynamic loading to improve the shortcomings of RC and to enhance its explosion and impact resistance. The fiber volume fractions of SIFRCCs were set to 4%, 5%, and 6%, and three strain rate levels (maximum strain rate: 250 s-1) were applied. As a result, the tensile strength exceeded 15 MPa under static load, and the dynamic tensile strength reached a maximum of 40 MPa. In addition, tensile characteristics, such as tensile strength, deformation capacity, and energy absorption capacity, were improved as the fiber volume fraction and strain rate increased.
Azizkhani, Mohammadbagher;Kadkhodapour, Javad;Anaraki, Ali Pourkamali;Hadavand, Behzad Shirkavand;Kolahchi, Reza
Steel and Composite Structures
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v.35
no.6
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pp.779-788
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2020
Multi-Walled Carbon nanotubes (MWCNT) coupled with Silicone Rubber (SR) can represent applicable strain sensors with accessible materials, which result in good stretchability and great sensitivity. Employing these materials and given the fact that the combination of these two has been addressed in few studies, this study is trying to represent a low-cost, durable and stretchable strain sensor that can perform excellently in a high number of repeated cycles. Great stability was observed during the cyclic test after 2000 cycles. Ultrahigh sensitivity (GF>1227) along with good extensibility (ε>120%) was observed while testing the sensor at different strain rates and the various number of cycles. Further investigation is dedicated to sensor performance in the detection of human body movements. Not only the sensor performance in detecting the small strains like the vibrations on the throat was tested, but also the larger strains as observed in extension/bending of the muscle joints like knee were monitored and recorded. Bearing in mind the applicability and low-cost features, this sensor may become promising in skin-mountable devices to detect the human body motions.
The main advantage of incremental loading consolidation test is the simplicity of equipments that can be used. However, it is known that the incremental loading test has several deficiencies including long testing time, non-uniform stress state, high and variable rates of strain, very soft clay and problem of back pressure saturation. Due to these drawbacks, various testing methods including constant rate of strain consolidation test(CRS) were developed. In this paper, CRS consolidation test was performed with three different strain rate. The results were verified by the modified CRS theory of Wissa et al.(1971). And then the results obtained from the CRS consolidation tests were compared with those from incremental loading test and direct permeability test.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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