Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.35
no.4
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pp.215-226
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2022
Significant efforts have been devoted to developing high-performance composite materials by emulating the structure of biological creatures with superior mechanical characteristics. Nacre has been one of the most sought-after natural structures due to its exceptional fracture toughness compared with the constituent materials. However, the effect of manipulating the nacre-like geometry on the impact performance has not been fully investigated thus far. In this study, composites of randomly manipulated nacreous geometry are numerically developed and the impact performance is analyzed. We develop an algorithm by which the planar area of platelets in the nacre-like design is randomly resized. Thereafter, the numerical models of nonuniform nacre-patterned multi-layer structures are developed and the drop-weight impact simulation is performed. The impact behaviors of the model are evaluated by using the ratio of absorbed energy, the von Mises stress distribution, and the impact force-time curve. Therefore, the effect of the geometric irregularity on the nacre-patterned design is elucidated. This insight can be efficiently utilized in establishing the optimum design of the nacre-patterned structure.
Salt, one of the most common soluble materials in engineering soil, may have an effect on mechanical behaviors of soils under its cementation process. In order to investigate this natural phenomenon, non-soluble material by using glass beads is mixed with salt electrolyte and cemented by using oven to evaporate water. Three different sizes of glass bead particles, 0.26, 0.5, and 1.29 mm, with different salt concentration, 0, 0.1, 0.2, 0.5, 1.0, and 2.0M, are explored by using P- and S-waves, excited by bender elements and piezo disk elemets, respectively. The velocities of the P-wave and S-wave of the particulate medium cemented by salt show three stages with the degree of saturation: 1) S-wave velocities increase while P-wave velocities reduce with degree of saturation changing from 100% to 90%; 2) Both velocities are stable with degree of saturation varying from 90% to 10%; 3) The velocities change enormously when the specimens are nearly dry with degree of saturation from 10% to 0%. Besides, the resonance frequencies of S-wave show similar stages to the S-wave velocities. This study demonstrates meaningful trends of elastic wave characteristics of geo-materials according to the cementation of dissolved salt.
The behavior of fiber-reinforced cemented sands (FRCS) was studied to improve a brittle failure mode observed in cemented sands. Nak-dong River sand was mixed with ordinary Portland cement and a Polyvinyl alcohol (PVA) fiber. A PVA fiber is widely used in concrete and cement reinforcement. It has a good adhesive property to cement and a specific gravity of 1.3. A PVA fiber has a diameter of 0.1 mm that is thicker than general PVA fiber for reinforced cement. Clean Nak-dong River sand, cement and fiber at optimum water content were compacted in 5 layers giving 55 blows per layer. They were cured for 7 days. Cemented sands with a cement/sand ratio of 4% were fiber-reinforced at different locations and tested for unconfined compression tests. The effect of fiber reinforcement form and distribution on strength was investigated. A specimen with evenly distributed fiber showed two times more strength than not-evenly reinforced specimen. The strength of fiber-reinforced cemented sands increases as fiber reinforcement ratio increases. A fully reinforced specimen was 1.5 times stronger than a specimen reinforced at only middle part. FRCS behavior was controlled not only by a dosage of fiber but also by fiber distribution methods or fiber types.
Taehyoung Kim;Sung-Ho Jin;Jongwook Park;Yeong-Soon Gal
Applied Chemistry for Engineering
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v.35
no.4
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pp.296-302
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2024
An ionic conjugated polymer-iron (III) chloride composite was prepared via in-situ quaternization polymerization of 2-ethynylpyridine (2EP) using iron (III) chloride. Various instrumental methods revealed that the chemical structure of the resulting conjugated polymer (P2EP)-iron (III) chloride composite has the conjugated backbone system having the designed pyridinium ferric chloride complexes. The polymerization mechanism was assumed to be that the activated triple bond of 2-ethynylpyridinium salt, formed at the first reaction step, is easily susceptible to the step-wise polymerization, followed by the same propagation step that contains the propagating macroanion and monomeric 2-ethynylpyridinium salts. The electro-optical and electrochemical properties of the P2EP-FeCl3 composite were studied. In the UV-visible spectra of P2EP-FeCl3 composite, the absorption maximum values were 480 nm and 533 nm, and the PL maximum value was 598 nm. The cyclic voltammograms of the P2EP-FeCl3 composite exhibited irreversible electrochemical behavior between the oxidation and reduction peaks. The kinetics of the redox process of composites were found to be very close to a diffusion-controlled process from the plot of the oxidation current density versus the scan rate.
The geological disposal of high-level radioactive waste (HLW) involves permanently isolating the wastes in stable geological formations deep underground. Mudstone (siltstone and claystone) containing abundant clay minerals is proposed as a host rock for geological disposal of HLW because clay minerals have low permeability and high ion sorption/exchange capacity. Despite the widespread occurrence of sedimentary basins in Korea, there is a lack of evaluation of mudstone as host rocks for geological disposal. In this study, we utilized the JBH-1 borehole (7-754 m) obtained from the Jinju Formation to investigate the distribution trend and mineral compositions of mudstone. Additionally, we conducted comparative analyses with the Opalinus Clay in Switzerland considered as host rock of geological disposal of HLW. Claystone containing more than 40% clay minerals exhibit thick layers primarily in the upper section (7-350 m) of the JBH-1 borehole. While the clay minerals content of claystone does not show significant variation with depth, there are differences in the characteristics of feldspar and carbonate minerals. These mineralogical variations can led change in pore water chemistry and rock mechanical properties. The clay minerals content of claystone in the Jinju Formation is similar to that of the Opalinus Clay. However, there are notable differences in clay minerals composition. While the Opalinus Clay contains smectite-illite mixed-layer minerals, the Jinju Formation are dominated by illite indicating higher burial temperatures. This information will be useful for studying the host rock of HLW geological disposal site in Korea.
This study aims to maintain the safety of an outdoor storage tank through the fundamental case analysis of explosion and fire accidents in the storage tank. We consider an accident caused by the explosion of fire inside the tank, as a result of the gradual spreading of the residual fire generated by wind lamps flying off a workplace in the storage tank yard. To determine the cause of the accident, atmospheric diffusion conditions were derived through CCTV image analysis, and the wind direction was analyzed using computational fluid dynamics. Additionally, the amount of oil vapor inside the tank when the floating roof was at the lowest position, and the behavior of the vapor inside the tank when the floating roof was at the highest position were investigated. If the cause of the explosion in the storage tank is identified and the level of the storage tank is maintained below the internal floating roof, dangerous liquid fills the storage tank, and the vapor in the space may stagnate on the internal floating roof. We intend to improve the operation procedure such that the level of the storage tank is not under the Pontoon support, as well as provide measures to prevent flames from entering the storage tank by installing a flame arrester in the open vent of the tank.
Construction materials using soil which is the most common material around us have many advantages, but their long-term durability and sensation of walking as pavements have problems. Therefore, they are used after compaction or mixed with various hardening agents such as lime and cement for strength enhancement. However, studies on the behavior of pavement materials mixed with environment-friendly hardening agents or admixtures to improve walking property are still insufficient. In this study, therefore, in order to evaluate the appropriate mixing ratio and field application characteristics of pavement materials using mixed soils with environment-friendly hardening agents and natural materials such as wood chips, mechanical tests were performed to evaluate the rational mixing ratios and the ball test was performed as an elasticity test to evaluate the field applicability. The results suggest that the content of wood chips should be selected at 1.5% or lower according to the purpose of the structure, and the hardening agent at 10~15%. The evaluation results for GB/SB coefficient ratio which indicates the walking property show that the appropriate mixing ratio of the hardening agent in terms of the sensation of walking is 15% of lower, but different mixing ratios should be chosen according to the proportion of wood chips.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.39
no.3
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pp.245-251
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2015
In an electrical reliability test of a printed circuit board (PCB), the impact of the micro probing pins on the PCB needs to be checked to ascertain the quality of the circuit. In this study, the impact of the dynamic movement of the probing pin on the pad was observed. As a misaligned pin can exert horizontal force on the pad of the PCB, this study focused on the behavior of a misaligned probing pin. The parameters of observation were the circular and flat edges of the probing pin. The effects of the speed of movement, diameter, and the length of projection of the probing pin were also investigated. The results demonstrated that slippage angle is strongly affected by the shape of the edge of the probing pin, and that projection length is an important factor affecting pin slippage. In contrast, the speed of movement of the probing pin was able to double the slippage angle.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.25
no.6
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pp.757-764
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2019
Depressurization occurs around underwater objects moving at high speeds. This causes cavitation nuclei to expand, resulting in cavitation. Cavitation is accompanied by an increase in noise and vibration at the site, particularly in the case of thrusters, and this has a detrimental ef ect on propulsion performance. Therefore, predicting cavitation is necessary. In this study, an analytical method for cavitation noise is developed and applied to an elliptic wing. First, computational fluid dynamics are performed to obtain information about the flow fields around the wing. Then, through the cavitation nuclei density function, number of cavitation nuclei is calculated using the initial radius of the nuclei and nuclei are randomly placed in the upstream with large pressure drop around the wing tip. Bubble dynamics are then applied to each nucleus using a Lagrangian approach for noise analysis and to determine cavitation behavior. Cavitation noise is identified as having the characteristics of broadband noise. Verification of analytical method is performed by comparing experimental results derived from the large cavitation tunnel at the Korea Research Institute of Ships & Ocean Engineering.
Traditionally, domestic steel design and construction practice has provided extra shear studs to moment frame beams even when they are designed as non-composite beams. In the 1994 Northridge earthquake, connection damage initiated from the beam bottom flange side was prevalent. The upward moving of the neutral axis due to the composite action between steel beam and floor deck was speculated to be one of the critical causes. In this study, full-scale seismic testing was conducted to investigate the side effects of the composite action in steel seismic moment frames. The specimen PN700-C, designed following the domestic connection and floor deck details, exhibited significant upward shift of the neutral axis under sagging (or positive) moment, thus producing high strain demand on the bottom flange, and showed a poor seismic performance because of brittle fracture of the beam bottom flange at 3% story drift. The specimen DB700-C, designed by using RBS connection and with the details of minimized floor composite action, exhibited superior seismic performance, without experiencing any fracture or concrete crushing, almost identical to the bare steel counterpart (specimen DB700-NC). The results of this study clearly indicate that the beams and connections in seismic steel moment frames should be constructed to minimize the composite action of a floor deck if possible.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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