This paper has presented an effective and accurate meso-scale finite element model for simulating the fracture process of concrete under compression-shear loading. In the proposed model, concrete is parted into four important phases: aggregates, cement matrix, interfacial transition zone (ITZ), and the initial defects. Aggregate particles were modelled as randomly distributed polygons with a varying size according to the sieve curve developed by Fuller and Thompson. With regard to initial defects, only voids are considered. Cohesive elements with zero thickness are inserted into the initial mesh of cement matrix and along the interface between aggregate and cement matrix to simulate the cracking process of concrete. The constitutive model provided by ABAQUS is modified based on Wang's experiment and used to describe the failure behaviour of cohesive elements. User defined programs for aggregate delivery, cohesive element insertion and modified facture constitutive model are developed based on Python language, and embedded into the commercial FEM package ABAQUS. The effectiveness and accuracy of the proposed model are firstly identified by comparing the numerical results with the experimental ones, and then it is used to investigate the effect of meso-structure on the macro behavior of concrete. The shear strength of concrete under different pressures is also involved in this study, which could provide a reference for the macroscopic simulation of concrete component under shear force.
Superconducting Electrodynamic suspension(EDS) system is generated by the interaction between the magnetic field made by the induced the eddy current in the ground conductor and the moving magnetic field made by onboard superconducting magnet. The levitation force of EDS system, which is proportional to the strength of the moving magnetic field, becomes saturated according to the increase of the velocity. Especially, the levitation force is influenced by the structure of HTS magnet and ground magnet. This paper deals with the optimal design condition for the HTS levitation magnet. The 3-D numerical analysis with FEM was used to find the distribution of the magnetic field, the optimal coil structure, and the calculation of the levitation force.
Laminar-shear-boxes are widely used to simulate free-field seismic ground response by using a l-g shaking table or geo centrifuge in geotechnical earthquake engineering. This study numerically modeled and compared the ground responses in the free field, rigid box, and laminar shear box by using a 3-D FEM program. It is found from the numerical simulations that the laminar shear box can simulate the free field ground movement more precisely than the rigid box. However, the laminar shear box underestimated the surface acceleration of the free field ground. It also showed low-frequency characteristics probably because the stiffness and inertia effect of surrounding ground are neglected.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.6C
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pp.295-301
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2009
In general the stability of soil nail-slope system, the shear resistance is neglected because the tensile resistance of nail acts mainly for slope stabilization. This is because that deformed steel is generally used for nail and it does ductile behavior. In other side when the steel pipe with high rigidity is used for nail, the shear resistance at failure surface work more than deformed steel. In order to analyze effects of shear resistance at the soil nail-slope system with high steel piped nail, a series of numerical analyses were performed. Also numerical analyses at 3 conditions - 5 nailed, 7 nailed, 9 nailed at the same slope were perfomed for investigating the trend of shear resistance effect. From these 3D numerical analyses, it was found that the maximum shear resistances at each nails were larger in case of steel piped nail and because of this, the factor of safety at the condition of the steel piped nail appears larger than that of deformed steel nail.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.10
no.1
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pp.205-215
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2006
In this study 3-D shell FEM model was applied to analyze the behavior of curved steel box girders stiffened by diaphragms. The reliability of the analytical method has been proved by comparing with the existing results. It was also found from this analysis that main factors affecting a distortional stress are length of a girder, curvature of the girder, and spacing of diaphragms. A modelled bridge with 30m of span length and 40m of radius was analyzed to find an optimum spacing of diaphragm, and as a result of applying different spacings, 5m was found to be most appropriate to control the stress ratio regulated by specifications. In the effect of diaphragm shape, the rhamen-typed diaphragm is found to be more effective than the fully filled-up one in the range of opening ratio of 0.4 to 0.6. But, the fully filled-up diaphragm had more efficiency in terms of reducing the distortional stress than X-truss typed diaphragm.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.3D
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pp.425-433
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2006
The presented work provided a predictive equation for dynamic modulus of hot mix asphalt, which showed higher reliability and more simplicity. Lots of test result by UTM at laboratory has been used to develop the precise predictive equation. Evaluation of dynamic modulus for 13mm and 19mm surface course and 25mm of base course of hot mix asphalt with granite aggregate and two asphalt binders (AP-3 and AP-5) were carried out. Superpave Level 1 Mix Design with gyrator compactor was adopted to determine the optimum asphalt binder content (OAC) and the measured ranges of OAC were between 5.1% and 5.4% for surface HMA, and around 4.2% for base HMA. The dynamic modulus and phase angle were determined by testing on UTM, with 5 different testing temperature (-10, 5, 20, 40, & $55^{\circ}C$) and 5 different loading frequencies (0.05, 0.1, 1, 10, 25 Hz). Using the measured dynamic modulus and phase angle, the input parameters of Sigmoidal function equation to represent the master curve were determined and these will be adopted in FEM analysis for asphalt pavements. The effect of each parameter for equation has been compared. Due to the limitation of laboratory tests, the reliability of predictive equation for dynamic modulus is around 80%.
During the construction of circular underground pipe, the non-proper compaction along the pipe and the decrease of compaction efficiency have been the main problems to induce the failure of underground pipe or facility. The use of CLSM (controlled low strength materials) should be one of the possible applications to overcome those problems. In this research, the full-scaled field test and the numeric analysis using PENTAGON-3D FEM program were carried out for three different cases on the change of backfill materials, including the common sand, the soil from construction site, and the CLSM. From the full-scaled test in field, the use of in-situ CLSM as backfill materials reduced the vertical and lateral deformation of the pipe, as well as the deformation of the ground surface. The main reason for reducing the deformation would be the characteristics of the CLSM, especially self-leveling and self-hardening properties. The measured earth pressure at the surround of the corrugated pipe using the CLSM backfills was the smaller than the other cases, and the absolute value was almost zero. Judging from the full-scaled field test and FEM analysis, the use of CLSM as backfill materials should be one of the best choices reducing the failure of the underground pipes.
As the utilization of the underground space is activated, deep excavation of ground has been conducted for the installation of underground structures, the earth retaining wall has widely used to minimize deformation of the excavated ground. In particular, as deep excavation is actively progressing in an urban area where structures are concentrated, methods to minimize the deformation of wall have been devised to prevent damage to the structure adjacent to the wall, and one of these methods is the pre-loading method. This method is a method of suppressing the deformation of wall by actively applying a load on the strut to be installed in wall, and research on this method has been conducted recently. However, although related studies have been actively conducted, the management standard for the pre-loading of bracing has not been clearly presented until now. In addition, since the working force in the strut may increase depending on the depth of excavation or the soil condition of the backfill, the magnitude of the pre-loading that can be applied to the brace may decrease. Nevertheless, the magnitude of the pre-loading (more than 50% of the working load) proposed by the previous research results has been uniformly applied to the strut. In this study, 3D finite element analysis was performed to evaluate the application range of the pre-loading of H-beam strut according to the soil conditions of backfill. As a result of the analysis, it was found that there is a very high possibility that a problem may occur in the stability of the structure of strut due to the earth pressure and the pre-loading when the soil condition is weak and deep excavation proceeds. And it was found that the application range of the pre-loading was 5%~70% of the working load in strut.
Kim, W.Y.;Kim, D.B.;Park, J.G.;Kim, D.H.;Kim, K.H.;Lee, I.H.;Cho, H.Y.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.7
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pp.735-742
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2014
A self-piercing rivet (SPR) is a mechanical component for joining dissimilar material sheets such as those of aluminum alloy and steel. Unlike conventional rivets, the SPR directly pierces sheets without the need for drilling them beforehand. However, the regular SPR can undergo buckling when it pierces a high-strength steel sheet, warranting the design of a helical SPR. In this study, the joining and forging processes using the helical SPR were simulated using the commercial FEM code, DEFORM-3D. High-tensile-strength steel sheets of different strengths were joined with aluminum alloy sheets using the designed helical SPR. The simulation results were found to agree with the experimental results, validating the optimal design of a helical SPR that can pierce high-strength steel sheets.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2007.05a
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pp.160-164
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2007
In the steel industry, there is a need to produce large forged parts for the automobile industries, the flight and shipping industries ad military industries. In the steel-industry application, a cogging technique for cast ingots is required, because the major parts are needed as one large body in order to obtain higher quality. Therefore, cogging process is the primary step in manufacturing of practically large open-die forging. In the cogging process, internal voids have to be eliminated as defects, The present work is concerned with the elimination of the internal voids in large ingots so as obtain sound products. In this study, hot compression tests were carried out to obtain the flow stress of cast microstructure at different temperature and strain rates. The FEM analysis are performed to investigate the overlap defect of cast ingots during cogging stage. The measure flow stress data were used to simulate the cogging process of cast ingot using the practical material properties. Also the analysis of void closure are performed by using the $DEFORM^{TM}$-3D. The calculated results of void closure behavior are compared with the measured results before and after cogging, which are scanned by the X-ray scanner. From this result, the criteria for deformation amounts effect on the void closure can be investigated by the comparison of practical experiment and numerical analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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