In situ rock mass is generally heterogeneous and discontinuous, with varying degrees of strength along the planes of weakness. The planes of weakness such as joints, faults, cracks and bedding planes, control the strength and deformation characteristics of the rock mass. Subsequently, the stability of underground opening depends upon the spatial distribution of discontinuities and their mechanical properties in relation with geometrical shape of openins as well as the mechanical properties of intact rock materials. Understanding the behaviour of a discontinuous rock mass remains a key issue for improving excavation design in hiかy stressed environments. Although recent advances in rock mechanics have provided guidelines for the design of underground opening in isotropic rock mass, prediction and control of deformation in discontinuous rock masses are still unclear. In this study, parametric study was performed to investigate the plastic zone size, stress distribution and deformation behavior around underground opening in a discontinuous rock mass using a continuum joint model. The solutions were obtained by an elasto-plastic finite difference analysis, employing the Mohr-Coulomb failure criteria. Non-associated flow rule and perfectly plastic material behavior are also assumed.
Park, Hyun-Ah;Park, Ji-Hyun;Jeong, Rag-Gyo;Kang, Seok-Won
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.9
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pp.1-11
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2016
The effect of the migration of nanoparticles near the wall of a channel on the convective heat transfer in a laminar flow of $SiO_2$ nanoparticle suspensions (nanofluids) under constant wall heat flux boundary conditions was numerically and experimentally investigated in this study. The dynamic thermal conductivity of the aqueous $SiO_2$ nanofluids was measured using T-type thermocouples attached to the outer surface of a stainless steel circular tube (with a length of 1 m and diameter of 1.75 mm). The nanofluids used in this study were synthesized by dispersing $SiO_2$ spherical nanoparticles with a diameter of 24 nm in de-ionized water (DIW). The enhancement of the thermal conductivity of the nanofluids (e.g., an increase of up to 7.9 %) was demonstrated by comparing the temperature profiles in the flow of the nanofluids with that in the flow of the basefluids (i.e., DIW). However, this trend was not demonstrated in the computational analysis, because the numerical models were based on continuum assumptions and flow features involving nanoparticles in a stable colloidal solution. Thus, to explore the non-continuum effects, such as the modification of the morphology caused by nanoparticle-wall interactions on the heat exchanging surfaces (e.g., the isolated and dispersed precipitation of the nanoparticles), additional experiments were performed using DIW right after the measurements using the nanofluids.
Rock mass includes such discontinuities as fault, joint, bedding, crack, schistosity, cleavage. The rock mass behavior, therefore, is influenced by the discontinuity behavior. In this study, a stability and deformation analysis method considering discontinuities in rock mass is proposed, and then applied to the rock collapse disaster site. As the method, the stability analysis by the stereographic projection method was carried out in an actual site, the deformation analysis program by the finite element method including the joint element was developed, and performed. To demonstrate the applicability of this developed stability and deformation analysis method considering discontinuities in rock mass, the analysis results are examined and compared with the failure behavior at the rock mass.
With all the recent progresses in computer hardware and software technology, the animation of fluids in real-time is still among the most challenging issues of computer graphics. The fluid animation is carried out in two steps - the physical simulation of fluids immediately followed by the visual rendering. The physical simulation is usually accomplished by numerical methods utilizing the particle dynamics equations as well as the fluid mechanics based on the Navier-Stokes equations. Particle dynamics method is usually fast in calculation, but the resulting fluid motion is conditionally unrealistic. The methods using Navier-Stokes equation, on the contrary, yield lifelike fluid motion when properly conditioned, yet the complexity of calculation restrains this method from being used in real-time applications. This article presents a rapid fluid animation method by using the continuum-based fluid mechanics and the enhanced particle dynamics equations. For real-time rendering, pre-integrated volume rendering technique was employed. The proposed method can create realistic fluid effects that can interact with the viewer in action, to be used in computer games, performances, installation arts, virtual reality and many similar multimedia applications.
Kim, Chang Uk;Park, Jin Chul;Lee, Dong Woo;Song, Jung Il
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.33
no.11
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pp.919-925
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2016
In this study, multibody dynamic and mechanical analyses were conducted for the structure of roller chain bucket elevator system. The fatigue life of the roller chain elevator system was determined under static and fatigue loadings. Results of multibody dynamic analysis suggested that the maximum contact force occurred at the drive sprocket engagement point with the roller chain due to maximum tension. Fatigue analysis results suggest that the high load roller chain system is durable and safe because its life time is more than 700,000 cycles, close to its designed value (1,000,000 cycle). However, the contact portion of plate and pin needed a safety factor. The dynamic analysis of the heavy load roller chain was conducted with a multibody dynamic analysis program. The results obtained in this study can be utilized for dynamic analysis of roller chain systems in all industries.
In-situ rock mass demonstrates the variety of structural features, and especially the mechanical and spatial characteristics of joint (or joint system) greatly affect the deformation and fallure strength of the rock mass. In this study finite element model capable of analyzing the viscoplastic behavior of reinforced jointed rock mass has been developed based on equivalent material approach. Accuracy and reliability of the numerical model have verified by simuiating the behavior of simplified block model and comparing the results with analytic solutions. Practical applicability was also demonstrated by analyzing the time-dependent behavior of underground oil storage tunnel and assessing the reinforcement effect of rockbolt.
Densification occurs by the inelastic flow of the matrix materials during the consolidation processes at high temperature for MMCs, and the results depend on many process conditions such as applied pressure, temperature and volume fraction of fiber and matrix materials. This is particularly important in titanium matrix composites since material failure may occur by either the applied conditions or microstructural parameters through the processes, and thus a generic model based on micro-mechanical approaches enabling the evolution of density over time to be predicted has been developed. The mode developed is then implemented into FEM so that practical process simulation has been carried out. Further the experimental investigation of the consolidation behavior of SiC/Ti-6Al-4V composites using vacuum hot pressing has been performed, and the results obtained are compared with the model predictions.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.29
no.6
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pp.577-582
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2016
In this study, a multiscale method for solving a thermoelasticity problem for interphase in the polymeric nanocomposites is developed. Molecular dynamics simulation and finite element analysis were numerically combined to describe the geometrical boundaries and the local mechanical response of the interfacial region where the polymer networks were highly interacted with the nanoparticle surface. Also, the micrmechanical thermoelasticity equations were applied to the obtained equivalent continuum unit to compute the growth of interphase thickness according to the size of nanoparticles, as well as the thermal phase transition behavior at a wide range of temperatures. Accordingly, the equivalent continuum model obtained from the multiscale analysis provides a meaningful description of the thermoelastic behavior of interphase as well as its nanoparticle size effect on thermoelasticity at both below and above the glass transition temperature.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.26
no.5
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pp.393-399
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2013
In this paper, a novel approach to estimate cohesive laws for the mode I fracture of the graphene is presented by combining molecular dynamic simulations and an inverse algorithm based on field projection method and finite element method. The determination of crack-tip cohesive laws of the graphene based on continuum mechanics is a non-trivial inverse problem of finding unknown tractions and separations from atomic simulations. The displacements of molecular dynamic simulations in a region far away from the crack tip are transferred to finite element nodes by using moving least square approximation. Inverse analyses for extracting unknown cohesive tractions and separation behind the crack tip can be carried out by using conservation nature of the interaction J- and M-integrals with numerical auxiliary fields which are generated by systematically imposing uniform surface tractions element-by-element along the crack surfaces in finite element models. The preset method can be a very successful approach to extract crack-tip cohesive laws from molecular dynamic simulations as a scale bridging method.
Park, Jung-Wook;Park, Eui-Seob;Kim, Taehyun;Lee, Changsoo;Lee, Jaewon
Tunnel and Underground Space
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v.28
no.5
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pp.400-425
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2018
This study presents the research results and current status of the DECOVALEX-2019 project Task B. Task B named 'Fault slip modelling' is aiming at developing a numerical method to simulate the coupled hydro-mechanical behavior of fault, including slip or reactivation, induced by water injection. The first research step of Task B is a benchmark simulation which is designed for the modelling teams to familiarize themselves with the problem and to set up their own codes to reproduce the hydro-mechanical coupling between the fault hydraulic transmissivity and the mechanically-induced displacement. We reproduced the coupled hydro-mechanical process of fault slip using TOUGH-FLAC simulator. The fluid flow along a fault was modelled with solid elements and governed by Darcy's law with the cubic law in TOUGH2, whereas the mechanical behavior of a single fault was represented by creating interface elements between two separating rock blocks in FLAC3D. A methodology to formulate the hydro-mechanical coupling relations of two different hydraulic aperture models and link the solid element of TOUGH2 and the interface element of FLAC3D was suggested. In addition, we developed a coupling module to update the changes in geometric features (mesh) and hydrological properties of fault caused by water injection at every calculation step for TOUGH-FLAC simulator. Then, the transient responses of the fault, including elastic deformation, reactivation, progressive evolutions of pathway, pressure distribution and water injection rate, to stepwise pressurization were examined during the simulations. The results of the simulations suggest that the developed model can provide a reasonable prediction of the hydro-mechanical behavior related to fault reactivation. The numerical model will be enhanced by continuing collaboration and interaction with other research teams of DECOLVAEX-2019 Task B and validated using the field data from fault activation experiments in a further study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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