Bridges in common use are expected to have more varieties of load in their connected members and bolts than in construction. Faults in connection members or bolts occur so often according to the time flow. One of the purposes of this study is to find out the behavior and structural features of high-tension bolted joints with faults that are very difficult and cost much to find out through experimentation with finite element analysis. Another purpose of this study is to provide sufficient data, estimated experimental results, and the scheme of the test plate for an economical experimental study in the future. Surveys of bridges with a variety of faults and statistical classifications of their faults were performed, as was a finite element analysis of the internal stress and the sliding behavior of standard and defective bridge models. The finite element analysis of the internal stress was performed according to the interval of the bolt, the thickness of the plate, the distance of the edge, the diameter of the bolt, and the expansion of the construction. Furthermore, the analysis explained the sliding behavior of high-tension bolt joints and showed the geometric non-linear against the large deformation, and the boundary non-linear against the non-linear in the contact surface, including the material non-linear, to best explain the exceeding of the yield stress by sliding. A normally bolted high-tension bolt joint and deduction of bolt tension were also analyzed with the finite element analysis of bridge-sliding behavior.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.37
no.3
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pp.531-539
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2017
The strut-tie model approach has been recognized as an efficient methodology for the design of all types of concrete members with D-regions, and the approach has been accepted in design codes globally. However, the design of concrete members with the approach requires many iterative numerical structural analyses, numerous graphical calculations, enormous times and efforts, and designer's subjective decisions in terms of the development of appropriate strut-tie model, determination of required areas of struts and ties, and verification of strength conditions of struts and nodal zones. In this study, a computer graphics program, that enables the design of concrete members efficiently and professionally by overcoming the forementioned limitations of the strut-tie model approach, is developed. In the computer graphics program, the numerical programs that are essential in the strut-tie model analysis and design of concrete members including finite element analysis programs for the plane truss and solid problems with all kinds of boundary conditions, a program for automatic determination of effective strengths of struts and nodal zones, and a program for graphical verification of developed strut-tie model's appropriateness by displaying various geometrical shapes of struts and nodal zones, are loaded. Great efficiency and convenience during the application of the strut-tie model approach may be provided by the various graphics environment-based functions of the proposed program.
We simulate the propagation of earthquake waves in the continental margin of Antarctica using the elastic wave modeling algorithm, which is modified to be suitable for acoustic-elastic coupled media and earthquake source. To simulate the various types of earthquake source, the staggered-grid finite-difference method, which is composed of velocity-stress formulae, can be more appropriate to use than the conventional, displacement-based, finite-difference method. We simulate the elastic wave propagation generated by earthquakes combining 3D staggered-grid finite-difference algorithm composed of displacement-velocity-stress formulae with double couple mechanisms for earthquake source. Through numerical tests for left-lateral strike-slip fault, normal fault and reverse fault, we could confirm that the first arrival of P waves at the surface is in a good agreement with the theoretically-predicted results based on the focal mechanism of an earthquake. Numerical results for a model made after the subduction zone in the continental margin of Antarctica showed that earthquake waves, generated by the reverse fault and propagating through the continental crust, the oceanic crust and the ocean, are accurately described.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.14
no.6
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pp.1417-1425
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1990
In this paper, when the glass plate of fragile material is subjected to impact load, the fracture pattern and the generation phenomenon of cone crack were theoretically clarified by using the analysis method of impulsive stress in the first paper. The numerical analysis results of strain distribution at a distance of 0.1cm, from the impact loading point to 5cm, were compared with experimental results. The main conclusions obtained are as follows; (1) The generation phenomenon of cone crack at the impact fracture of the glass plate can be analytically confirmed by using the three dimensional dynamic theory of elasticity. And the numerical analysis results of strain distribution using this theory are relatively in close agreement with the crack size obtained from the impact fracture experiment. (2) After the stress wave generated at the impact point propagated to the spherical compressive wave, this stress wave reflected from the back surface and reached again at the surface of the plate to the spherical stress wave. Then the generation of cone crack can be confirmed along the stress wave surface. (3) The plate is the thicker, the more is the generation phenomenon of cone crack at the lower impact velocity range (20m/s-35m/s). Because the fracture generate before the maximum tensile stress acting to the glass plate, cone crack was rarely ever generated.
The present study describes a method for analytical solution to elastic field in structural elements of general symmetric laminated composite materials. The two dimensional plane stress elasticity problems under mixed boundary conditions are reduced to the solution of a single fourth order partial differential equation, expressed in terms of a single unknown function, called displacement potential function. In addition, all the components of stress and displacement are expressed in terms of the same displacement potential function, which makes the method suitable for any boundary conditions. The method is applied to obtain analytical solutions to two particular problems of structural elements consisting of an angle-ply laminate and a cross-ply laminate, respectively. Some numerical results are presented for both the problems with reference to the glass/epoxy composite. The results are highly accurate and reliable as all the boundary conditions including those in the critical regions of supports and loads are satisfied exactly. This verifies the method as a simple and reliable one as well as capable to obtain exact analytical solution to elastic field in structural elements of composite materials under mixed and any other boundary conditions.
Under the groundwater level, the tunnel face is affected by the seepage force and the groundwater flow may cause a trouble to the tunnel support systems. The appropriate methods of analysis and design in the tunnel face and the lining, considering groundwater flow according to tunnel drainage condition are presented in this thesis. First, the effect of seepage on the stability of tunnel face was studied. Seepage force was estimated by the 3-D finite element analysis and the stability of tunnel face was checked by analytical method. Furthermore, using the finite difference method the stress and displacement on the face were computed for either case, where the seepage force is or is not considered, and the effect of seepage on the tunnel face stability was evaluated. Second, the effect of seepage force on the tunnel lining when construction is finished and steady state seepage flow occurs was studied and a design methodology considering seepage effect was made. Consequently, in case where the groundwater level remains almost unchanged and the steady state groundwater flow occurs, the proper countermeasures for face staility are required according to the condition of groundwater flow. Moreover, the tunnel lining should be designed and constructed considering the seepage force occuring by the groundwater flow toward the tunnel linings.
Insertion of cannulae into vessels may disturb the blood flow doing non-physiological load and stress on blood cells such that ADP may increase and result in hemolysis. Authors used the computational method to simulate the 3-dimensional blood flow inside of the cannula using numerical method. We limited the research to within the drainage cannulae with side holes inserted through the human vein. In this paper, 9 different cannulae with side holes categorized by the number of side holes of 4, 12, and 20, and also categorized by the array type of side holes of staggered array, in-line array, and alternative in-line array were studied and compared to the cannula with no side holes by using CFD analysis. We evaluated the flow rate, the wall shear stress, and the shear rate and compared them with one another to estimate the effect of the side holes. The flow rate is not proportional to the number of the side holes. However, larger number of side holes can reduce the mean shear rate. Both the number and the array type of side holes play an important role on the fluid dynamics of the blood flow in cannulae.
Fold axis of fold, a representative ductile deformation structure, is important for collecting information on the 3D fold structure and the orientation of maximum horizontal principal stress at the time of deformation. For this reason, several fold axis measurement methods based on the fold-related structural elements have been suggested and used even in areas where it is impossible to measure it directly. Thus, these various measurement methods are briefly introduced here, and the measured data with different methods are compared to estimate these methods' reliability. For this purpose, we acquired fold axes at six sites across the Manhang formation of the Pyeongan supergroup and limestones of the Joseon supergroup in Danyang, Chungcheongbuk-do, where fold structures are well developed. The data from the different methods are generally consistent, indicating practical applicability. Most of the fold axes from the measured sites show NNNE or NE trends indicating WNW-ESE or NW-SE trending maximum horizontal principal stress, except for the one site with a WNW trend. The WNW-ESE trending fold axis might be related to a different orogeny or secondary folding. The minor difference in the trends between N-NNE and NE was interpreted as being due to different scale; however, further research is needed to confirm this.
Park, Chul Soo;Hwang, Seon Keun;Choi, Chan Yong;Mok, Young Jin
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.2C
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pp.71-79
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2009
This study is to develope the resilient modulus prediction model, which is the function of mean effective principal stress and axial strain, for three types of railroad trackbed materials such as crushed stone, weathered granite soil, and crushed-rock soil mixture. The model consists of the maximum Young's modulus and nonlinear values for higher strain, analogous to dynamic shear modulus. The maximum value is modeled by model parameters, $A_E$ and the power of mean effective principal stress, $n_E$. The nonlinear portion is represented by modified hyperbolic model, with the model parameters of reference strain, ${\varepsilon}_r$ and curvature coefficient, a. To assess the performance of the prediction models proposed herein, the elastic response of a test trackbed near PyeongTaek, Korea, was evaluated using a 3-D elastic multilayer computer program (GEOTRACK). The results were compared with measured elastic vertical displacement during the passages of freight and passenger trains at two locations, whose sub-ballasts were crushed stone and weathered granite soil, respectively. The calculated vertical displacements of the sub-ballasts are within the order of 0.6mm, and agree well with measured values. The prediction models are thus concluded to work properly in the preliminary investigation.
This study was carried out to evaluate the structural safety fur both the attached wind-protecting wall in greenhouse and the detached one installed outside. Regarding the attached wind-protecting wall in greenhouse, the analysis was conducted by doing a fluid-structure coupled field analysis using both CFX-5.7 and ANSYS 8.1 and also under the design condition of an instantaneous maximum wind velocity of $30.9m{\cdot}s^{-1}$. Three kinds of the width ranged from 30 to 90cm were considered in this study. With regard to the detached wind-protecting wall, the structural saffty was analyzed under the pressure difference of 1,117 Pa which corresponded to a wind velocity of $50m{\cdot}s^{-1}$ and the analytical results were also compared with theoretical ones. The result showed that there was little difference in the distribution of velocity overall and total pressure on the lateral side according to the width of the attached wind-protecting wall, but greenhouse with wind-protecting widths of 30 to 60cm has been reinforced to the extent of about 11% when compared with the case of being without the wall. The result also showed that the detached wind-protecting wall with a main-column interval of 3m was not stable so that it was necessary for the detached wind-protecting wall to be adequately reinforced to secure structural stability. Finally, there was great difference between analytical results and theoretical studies. The difference meant that there was some possibility of including errors when a theoretical study was done in three dimensional structure.
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