• Smart Structures and Systems
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• 제16권6호
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• pp.1107-1132
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• 2015

A damage detection algorithm based on neuro fuzzy hybrid system is presented in this study for location and severity predictions of cracks in beam-like structures. A combination of eigenfrequencies and rotation deviation curves are utilized as input to the soft computing technique. Both single and multiple damage cases are considered. Theoretical expressions leading to modal properties of damaged beam elements are provided. The beam formulation is based on Euler-Bernoulli theory. The cracked section of beam is simulated employing discrete spring model whose compliance is computed from stress intensity factors of fracture mechanics. A hybrid neuro fuzzy technique is utilized to solve the inverse problem of crack identification. Two different neuro fuzzy systems including grid partitioning (GP) and subtractive clustering (SC) are investigated for the highlighted problem. Several error metrics are utilized for evaluating the accuracy of the hybrid algorithms. The study is the first in terms of 1) using the two models of neuro fuzzy systems in crack detection and 2) considering multiple damages in beam elements employing the fused neuro fuzzy procedures. At the end of the study, the developed hybrid models are tested by utilizing the noise-contaminated data. Considering the robustness of the models, they can be employed as damage identification algorithms in health monitoring of beam-like structures.

• Advances in concrete construction
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• 제1권1호
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• pp.1-27
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• 2013

Discrete steel fibres can increase significantly the bending and the shear resistance of concrete structural elements when Steel Fibre Reinforced Concrete (SFRC) is designed in such a way that fibre reinforcing mechanisms are optimized. To assess the fibre reinforcement effectiveness in shallow structural elements failing in bending and in shear, experimental and numerical research were performed. Uniaxial compression and bending tests were executed to derive the constitutive laws of the developed SFRC. Using a cross-section layered model and the material constitutive laws, the deformational behaviour of structural elements failing in bending was predicted from the moment-curvature relationship of the representative cross sections. To evaluate the influence of the percentage of fibres on the shear resistance of shallow structures, three point bending tests with shallow beams were performed. The applicability of the formulation proposed by RILEM TC 162-TDF for the prediction of the shear resistance of SFRC elements was evaluated. Inverse analysis was adopted to determine indirectly the values of the fracture mode I parameters of the developed SFRC. With these values, and using a softening diagram for modelling the crack shear softening behaviour, the response of the SFRC beams failing in shear was predicted.

• Computers and Concrete
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• 제22권2호
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• pp.133-142
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• 2018

The deterioration of existing bridges has become a major problem around the world. In the paper, a new model and an associated stress checking method are proposed for concrete box girders strengthened by external prestressing. The new model called the spatial grid model can analyze all the spatial behaviors clearly by transforming the box girder into discrete orthogonal grids which are equivalent to plate elements. Then the three-layer stresses are employed as the stress checking indices to evaluate the stress state of the plate elements. The initial stress check before strengthening reveals the cracked and potential cracking areas for existing bridges, making the strengthening design more targeted and scientific; the subsequent stress check after strengthening evaluates the strengthening effect and ensures safety. A deficient bridge is selected as the practical example, verifying the accuracy and applicability of the proposed model and stress checking method. The results show that principal stresses in the middle layer of plate elements reflect the main effects of external prestressing and thus are the key stress checking indices for strengthening. Moreover, principal stresses check should be conducted in all parts of the strengthened structure not only in the webs. As for the local effects of external prestressing especially in the areas near anchorage and deviator, normal stresses check in the outer and inner layers dominates and local strengthening measures should be taken if necessary.

• Interaction and multiscale mechanics
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• 제1권1호
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• pp.83-101
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• 2008

A derivation is given of two-scale models that are able to describe deformation and flow in a fluid-saturated and progressively fracturing porous medium. From the micromechanics of the flow in the cavity, identities are derived that couple the local momentum and the mass balances to the governing equations for a fluid-saturated porous medium, which are assumed to hold on the macroscopic scale. By exploiting the partition-of-unity property of the finite element shape functions, the position and direction of the fractures are independent from the underlying discretization. The finite element equations are derived for this two-scale approach and integrated over time. The resulting discrete equations are nonlinear due to the cohesive crack model and the nonlinearity of the coupling terms. A consistent linearization is given for use within a Newton-Raphson iterative procedure. Finally, examples are given to show the versatility and the efficiency of the approach.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권5A호
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• pp.861-872
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• 2006

본 연구에서는 이차원 연속체에 존재하는 점성균열을 무요소법에서 국부 단위분할 원리에 근거하여 정식화하였다. 균열이 한 절점의 영향영역(domain of influence)을 완전히 통과하는 경우 그 절점의 형상함수는 계단함수로 확장되고, 균열 끝이 영향영역 내에 위치하는 경우 특이성이 제거된 가지함수(branch function)로 확장된다. 이러한 해의 영역의 확장은 국부 단위분할 원리를 만족하는 변위계에서만 이루어지므로, 약형 정식화는 표준 Galerkin방법에 의해서 얻어진다. 균열과 상호작용하는 영향영역만 확장되기 때문에, 성긴 형태의 시스템의 행렬을 유지하게 된다. 그러므로 확장에 의해 발생하는 계산비용의 증가는 최소화된다. 동적인 문제에서 균열성장에 관한 조건은 재료안정론으로부터 얻어졌다. 즉, 재료 한 점에서 어느 방향으로든 변형열화가 집중하게 되면, 그 방향에 점성균열을 삽입하여 연속체가 비연속체로 되도록 하였다. 균열의 성장속도도 같은 조건으로부터 자연스럽게 얻어졌다. 전통적인 무요소법보다 더 나은 정확도와 빠른 수렴성을 보이는 것이 확인되었으며, 이 기법의 적용성을 보이기 위해 잘 알려진, 정적 및 동적문제에 적용하였다.

• 대한기계학회논문집
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• 제9권1호
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• pp.10-17
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• 1985

본 논문의 목적은 앞서의 크랙대신 2차원 탄성문제의 경계를 따라 절편적인 전위(discrete edge dislocation)를 분포시켜 경계응력과 평형을 이루는 전위벡타의 크기를 얻고 이들로 부터 영역내 임의의 점에서 응력을 얻는데 있다. 크랙에 대한 전위이론의 적용에서와는 달리 여기서는 경계가 폐곡선을 이루므로 이에따른 전위분 포 방법이 논의 되었다. 또한 이 방법의 실용성을 알기위해 4가지 경우에 적용되 어 얻어진 수치해의 특성이 개별적으로 검토 되었다. 이들 경우에 대해서는 전위 분포법이 유한요소법에 비해 효율적이었다. 이 방법의 확장, 개선점, 일반적인 평 가 특히 계산능률면에서 다른 수치적 방법과의 광범위한 비교평가등이 앞으로 연구될 수 있는 과제라고 판단된다.

• Computers and Concrete
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• 제21권6호
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• pp.637-647
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• 2018

Numerical approach using finite element method has been used to evaluate the behaviour of reinforced concrete frame structure subjected to fire. The structure is previously designed in accordance with Eurocode standards for the design of structures for earthquake resistance, for the ductility class M. Thermal and structural response are obtained using a commercially available software ANSYS. Temperature-dependent nonlinear thermal and mechanical properties are adopted according to Eurocode standards, with the application of constitutive model for the triaxial behaviour of concrete with a smeared crack approach. Discrete modelling of concrete and reinforcement has enabled monitoring of the behaviour at a global, as well as at a local level, providing information on the level of damage occurring during fire. Critical regions in frame structures are identified and assessed, based on temperatures, displacements, variations of internal forces magnitudes and achieved plastic deformations of main reinforcement bars. Parametric analyses are conducted for different fire scenarios and different types of concrete aggregate to determine their effect on global deformations of frame structures. According to analyses results, the three-dimensional finite element model can be used to evaluate the insulation and mechanical resistance criteria of reinforced concrete frame structures subjected to nominal fire curves.

• 지질공학
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• 제7권2호
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• pp.91-99
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• 1997

불연속성암반을 수치해석하는 방법으로 여러 가지 모델들이 제안되었다. 따라서 실제 구조물 설계에 적용함에 있어서 많은 혼란이 야기될 수도 있어 이들 모델들의 비교.검토에 대한 연구가 필요하게 되었다. 암반을 모델링하는 방법은 암석과 불연속면을 개별로 취급하는 방법과 의사연속체(疑似連續 )로 취급하는 등가연속체(等價連續 ) 모델링 등 크게 두가지로 구분할 수 있다. 본 연구에서는 후자의 등가연속체 모델 즉 (1) 크랙텐서모델, (2) 등가체적 결손 모델, (3) 손상모델, (4) 미소구조모델 (병렬모델 및 직렬모델), (5) 규질화모델 등을 서로 비교하였다. 이들 모델 대부분은 주로 대표요소용적상에서의 불연속면에 기인한 변형율 및 응력장을 다루고 있었다. 마지막으로 크랙을 포함하는 세벤트몰타르 공시체를 사용한 실내시험 결과와 비교하므로서 이들 모델의 특성을 명확히 하였다.의 특성을 명확히 하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제25권10호
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• pp.17-30
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• 2009

지하에 공동을 건설하는 터널 공사의 경우 초기 응력의 집중 및 발파와 같은 시공단계에서의 과도한 에너지의 적용으로 인하여 주변 암반에 손상을 발생시킨다. 이러한 손상의 발생은 터널에 작용하는 하중 및 터널 주변 암반의 흐름조건에 상당한 영향을 끼친다. 이러한 이유로 터널 주변에 발생하는 손상구간에 대하여 다양한 연구가 수행되었다. 본 연구에서는 유사암석으로 제작된 공동이 존재하는 절리모델의 이축압축실험을 통하여 공동주변의 손상발생을 연구하였다. 절리면은 수평면과 $30^{\circ}$, $45^{\circ}$, $60^{\circ}$의 조건으로 형성되었으며, 초조강시멘트 재료를 이용하여 유사절리모델을 제작하였다. 이축압축 실험결과 공동주변에서는 절리면에 수직한 방향으로 인장균열의 발생이 관측되었으며, 균열의 진행으로 인하여 암반블록이 형성되었으며, 진행하는 인장균열이 다른 절리면에 도달하여 암반블록이 완전히 형성된 경우 탈락하는 과정을 보였다. 이러한 인장균열의 진전은 절리면의 각도에 따라 상이한데 절리면의 각도가 클수록 안정적이며 진행성의 균열 진전 양상이 관측되었다. 이러한 인장균열의 발달은 절리면으로 구성된 암편을 보로 가정 할 경우 공동의 곡률로 인한 기하학적 형상의 불규칙성으로 인하여 모멘트가 작용하는 것으로 판단된다. 이상의 실험결과를 입자요소해석 방법을 기반으로 하는 PFC 2D를 이용하여 모사하였다. 해석결과 실험에서 관측한 바와 같이 절리면 각도가 작을수록 손상대의 폭은 넓어지며 인장균열의 진행에 의한 암반블록의 형성이 관측되었다. 또한 상호작용이 발생하는 균열을 조사한 결과 수치해석에서도 절리면의 각도가 작은 조건에서 진행성의 파괴가 나타났다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제68권5호
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• pp.537-547
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• 2018

This research presents the effect of anisotropy of the hollow disc mode under Brazilian test using PFC3D. The Brazilian tensile strength test was performed on the hollow disc specimens containing the bedding layers and then these specimens were numerically modeled by using the two dimensional discrete element code (PFC3D) to calibrate this computer code for the simulation of the cracks propagation and cracks coalescence in the anisotropic bedded rocks. The thickness of each layer within the specimens varied as 5 mm, 10 mm and 20 mm and the layers angles were changed as $0^{\circ}$, $25^{\circ}$, $50^{\circ}$, $75^{\circ}$ and $90^{\circ}$. The diameter of internal hole was taken as 15 mm and the loading rate during the testing process kept as 0.016 mm/s. It has been shown that for layers angles below $25^{\circ}$ the tensile cracks produce in between the layers and extend toward the model boundary till interact and break the specimen. The failure process of the specimen may enhance as the layer angle increases so that the Brazilian tensile strength reaches to its minimum value when the bedding layers is between $50^{\circ}$ and $75^{\circ}$ but its value reaches to maximum at a layer angle of $90^{\circ}$. The number of tensile cracks decreases as the layers thickness increases and with increasing the layers angle, less layer mobilize in the failure process.