In this study, a slope stability chart for assessing stability of homogeneous simple soil slopes is proposed. Most existing slope stability charts are based on limit equilibrium method, which is not rigorous in mechanical standpoint. Meanwhile, limit analysis based on the principle of virtual work and the bound theorems of plasticity is suitable for evaluating the stability of geotechnical structures such as slope due to its simplicity in computation and mechanical rigor. Numerical limit analysis taking advantage of finite elements and linear programming can consider various slope conditions and, in addition, find the optimum stability solution with effeciency. In this study, a numerical limit analysis program in terms of effective stress is developed and a mechanically rigorous slope stability chart is proposed by performing stability analyses for various slope conditions. Pore pressure ratio, commonly used in stability charts, is applied to consider the effects of pore pressure for effective stress analysis. As a result of comparison between proposed stability chart and Spencer's stability chart, it was found that Spencer's chart solutions are biased to lower bound which means conservative in design.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.32
no.5
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pp.469-483
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2012
The propagation characteristics of a mechanical wave in human soft tissue depend on its elastic properties. Investigation of these propagation characteristics is of paramount importance because it may enable us to diagnose cancer or tumor from the vibration response of the tissue. This paper investigates and compares displacement patterns generated in soft tissue due to several forms of low-frequency vibration sources placed on a surface. Among vibration sources considered are a normal load, tangential load, and antiplane shear load. We derive analytical expressions for displacements in viscoelastic single layers, and calculate displacement patterns in half space and infinite plate type tissue. Also, we simulate the vibration response of a finite-sized tissue using finite element method. The effects of the type of stress, the size and frequency of vibration sources, and medium boundaries on displacement patterns are discussed.
This paper described a result of finite element analysis considering sewerage damage scale and soil depth, in order to analyze quantitatively for cavity and relaxation zone of underground due to sewerage damage. The mechanical model, which was verified by previous studies, was applied to the finite element analysis. In addition, the mechanical behavior of the soil around the sewerage damage due to the soil loss was simulated by using the forced displacement. Based on finite element analysis results, characteristics of the void ratio distribution, ground subsidence, and shear stress distribution according to sewerage damage scale and soil depth were analyzed. And then, The boundaries of the underground cavity and relaxation zone were determined by using the shear stress reduction characteristics of the ground. Also, an occurrence scope of the cavity and relaxation zone was quantitatively evaluated by the change of sewerage damage scale and soil depth.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.35
no.5
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pp.249-257
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2022
This paper presents an improved computational framework for the direct-solution-based finite element tearing and interconnecting (FETI) algorithm. The FETI-local algorithm is further improved herein, and localized Lagrange multipliers are used to define the interface among its subdomains. Selective inverse entry computation, using a property of the Boolean matrix, is employed for the computation of the subdomain interface stiffness and load, in which the original FETI-local algorithm requires a full matrix inverse computation of a high computational cost. In the global interface computation step, the original serial computation is replaced by a parallel multi-frontal method. The performance of the improved FETI-local algorithm was evaluated using a numerical example with 64 million degrees of freedom (DOFs). The computational time was reduced by up to 97.8% compared to that of the original algorithm. In addition, further stable and improved scalability was obtained in terms of a speed-up indicator. Furthermore, a performance comparison was conducted to evaluate the differences between the proposed algorithm and commercial software ANSYS using a large-scale computation with 432 million DOFs. Although ANSYS is superior in terms of computational time, the proposed algorithm has an advantage in terms of the speed-up increase per processor increase.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.30
no.4
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pp.329-334
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2017
The structures, which are made up with the huge number of degrees-of-freedom and the assembly of substructures, have a great complexity. In order to increase the computational efficiency, the analysis models have to be simplified. Many substructuring techniques have been developed to simplify large-scale engineering problems. The techniques are very powerful for solving nonlinear problems which require many iterative calculations. In this paper, a modal derivatives-based model order reduction method, which is able to capture the stretching-bending coupling behavior in geometrically nonlinear systems, is adopted and investigated for its performance evaluation. The quadratic terms in nonlinear beam theory, such as Green-Lagrange strains, can be explained by the modal derivatives. They can be obtained by taking the modal directional derivatives of eigenmodes and form the second order terms of modal reduction basis. The method proposed is then applied to a co-rotational finite element formulation that is well-suited for geometrically nonlinear problems. Numerical results reveal that the end-shortening effect is very important, in which a conventional modal reduction method does not work unless the full model is used. It is demonstrated that the modal derivative approach yields the best compromised result and is very promising for substructuring large-scale geometrically nonlinear problems.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.22
no.1
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pp.9-17
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2021
Curved beams are increasingly used in buildings, vehicles, ships, and aircraft, which has resulted in considerable effort being directed toward developing an accurate method for analyzing the dynamic behavior of such structures. The stability behavior of elastic circular arches has been the subject of a large number of investigations. One of the efficient procedures for the solution of ordinary differential equations or partial differential equations is the differential quadrature method DQM. This method has been applied to a large number of cases to overcome the difficulties of the complex computer algorithms, as well as excessive use of storage due to conditions of non-linear geometries, loadings, or material properties. This study uses DQM to analyze the in-plane vibration of the circular arches considering the effects of midsurface extension and rotatory inertia. Fundamental frequency parameters are calculated for the member with various parameter ratios, boundary conditions, and opening angles. The solutions from DQM are compared with exact solutions or other numerical solutions for cases in which they are available and given to analyze the effects of midsurface extension and rotatory inertia on the frequency parameters of the circular arches.
For many rears, traffic accident statistics are the most direct measure of safety for a signalized intersection. However it takes more than 2 or 3 yearn to collect certain accident data for adequate sample sizes. And the accident data itself is unreliable because of the difference between accident data recorded and accident that is actually occurred. Therefore, it is rather difficult to evaluate safety for a intersection by using accident data. For these reasons, traffic conflict technique(TCT) was developed as a buick and accurate counter-measure of safety for a intersection. However, the collected conflict data is not always reliable because there is absence of clear criteria for conflict. This study developed objective and accurate conflict criteria, which is shown below based on traffic engineering theory. Frist, the rear-end conflict is regarded, when the following vehicle takes evasive maneuver against the first vehicle within a certain distance, according to car-following theory. Second, lane-change conflict is regarded when the following vehicle takes evasive maneuver against first vehicle which is changing its lane within the minimum stopping distance of the following vehicle. Third, cross and opposing-left turn conflicts are regarded when the vehicle which receives green sign takes evasive maneuver against the vehicle which lost its right-of-way crossing a intersection. As a result of correlation analysis between conflict and accident, it is verified that the suggested conflict criteria in this study ave applicable. And it is proven that estimating safety evaluation for a intersection with conflict data is possible, according to the regression analysis preformed between accident and conflict, EPDO accident and conflict. Adopting the conflict criteria suggested in this study would be both quick and accurate method for diagnosing safety and operational deficiencies and for evaluation improvements at intersections. Further research is required to refine the suggested conflict criteria to extend its application. In addition, it is necessary to develope other types of conflict criteria, not included in this study, in later study.
This study investigates the biomechanical efficacies of various cement augmentation techniques with or without pressurization for varying degrees of osteoporotic femur. For this study, a biomechanical analysis using a finite element method (FEM) was undertaken to evaluate surgical procedures, Simulated models include the non-cemented(i.e., hip screw only, Type I), the cement-augmented(Type II), and the cemented augmented with pressurization(Type III) models. To simulate the fracture plane and other interfacial regions, 3-D contact elements were used with appropriate friction coefficients. Material properties of the cancellous bone were varied to accommodate varying degrees of osteoporosis(Singh indices, II∼V). For each model. the following items were analyzed to investigate the effect surgical procedures in relation to osteoporosis of varying degrees : (a) von Mises stress distribution within the femoral head in terms of volumetric percentages. (b) Peak von Mises stress(PVMS) within the femoral head and the surgical constructs. (c) Maximum von Mises strain(MVMS) within the femoral head, (d) micromotions at the fracture plane and at the interfacial region between surgical construct and surrounding bone. Type III showed the lowest PVMS and MVMS at the cancellous bone near the bone-construct interface regardless of bone densities. an indication of its least likelihood of construct loosening due to failure of the host bone. Particularly, its efficacy was more prominent when the bone density level was low. Micromotions at the interfacial surgical construct was lowest in Type III. followed by Type I and Type II. They were about 15-20% of other types. which suggested that pressurization was most effective in limiting the interfacial motion. Our results demonstrated the cement augmentation with hip screw could be more effective when used with pressurization technique for the treatment of intertrochanteric fractures. For patients with low bone density. its effectiveness can be more pronounced in limiting construct loosening and promoting bone union.
Sandwich injection molding is one of the remarkable polymer processes recently developed from conventional injection molding. But it is almost impossible to do theoretical investigation that we've researched it through numerical simulation. In this paper, numerical simulation on the study of sandwich injection molding is based on Finite Element Method and FAN/Control Volume method. In addition to conventional filling parameter that can confirm skin polymer melt front, new filling parameters have been introduced to confirm core polymer melt front advancement. These filling parameters are defined in each layer which is divided to solve temperature field along the thickness direction. One can notice different filling patterns resulted from the variation of material properties such as viscosities and power-law indexes, and processing conditions such as switch-over times and wall temperatures. It gives us a better understanding of the sandwich injection molding process. And we can recognize that it's the core polymer spatial distribution after the completion of filling that is the most important key point to use this process for industrial molding process.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.5
no.4
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pp.306-317
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1995
Abstract Gallium arsenide crystal is usually grown from the melt by the horizontal Bridgman method. We constructed pseudo - steady - state model for crystal growth of GaAs which inclue melt, crystal and the free interface. Mathematical equations of the model were solved for flow, temperature, and concentration field in the melt and temperature field in the crystal. The location and shape of the interface were also solved simultaneously. In 2 - dimensional model, the shape of the interface is flat with adiabatic thermal boundary condition, but it becomes curved with completely conducting thermal boundary condition. In 3 - dimensional model, the interface is less curved than 2 - dimensional case and the flow intensity is similar to that of 2 - dimensional case. With the increase of flow intensity vertical segregation shows maximum value in both 2 - and 3 - D model. However, the maximum value occurs in lower flow intensity in 2 - D model because the interface is more curved for the same flow intensity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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