This study investigates the creep behavior of bentonite-sand mixtures as potential buffer materials for low-level radioactive waste (LLW) repositories, with a specific case study in Taiwan. To assess the long-term hydro-mechanical properties, constant-volume swelling pressure, hydraulic conductivity, strain-controlled shear, and stress-controlled shear tests were conducted on MX80 and KV1 bentonite-sand mixtures. The experimental results indicate that MX80-sand 70/30 mixtures are prioritized as the buffer materials with 2.10 MPa swelling pressure and 1 × 10-13 m/s hydraulic conductivity. However, the shear strength of mixtures was reduced by almost 50 % when fully saturated. Furthermore, this study proposed a novel stress-controlled direct shear apparatus to retrieve the creep model parameters. The numerical method based on the creep model efficiently supports and simulates the saturation process and creep displacement. The finite element method (FEM) result predicts that the buffer of both bentonite-sand mixtures will achieve an average degree of saturation of 95 % at the end of three decades and full saturation in 100 years. The simulated creep displacement results at key nodes suggest that both top and bottom parts in the buffer, assembled from MX80-sand 70/30 mixtures or KV1-sand 70/30 mixtures, will have almost equivalent values of 4 mm in the horizontal and 2 mm in the vertical directions eventually.
Journal of Dental Rehabilitation and Applied Science
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v.29
no.3
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pp.259-271
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2013
The purpose of this study was to make the stress distribution produced by simulated different load under two types of internal connection implant system (stepped and tapered type) by means of 3D finite element analysis, The finite element model was designed with the parallel placement of the one fixtures ($4.0mm{\times}11.5mm$) with reverse buttress thread on the mandibular 1st molar. Two models were loaded with 200 N magnitude in the vertical direction on the central position of the crown, the 1.5 mm and 3 mm buccal offset point from the central position of the fixture. The oblique load was applied at the angle of $30^{\circ}$ on the crown surface. Von Mises stress value was recorded and compared in the fixture-bone interface in the bucco-lingual dimension. The results were as follows; 1. The loading conditions of two internal connection implant systems (stepped and tapered type) were the main factor affecting the equivalent bone strain, followed by the type of internal connections. 2. The stepped model had more mechanical stability with the reduced max. stress compared to $11^{\circ}$ tapered models under the distributed oblique loading. 3. The more the contact of implant-abutment interface to the inner wall of implant fixture, the less stress concentration was reduced.
Lee, Man Suk;Kim, Taek Young;Kang, Se Hyung;Kim, Ho Kyung
Journal of the Korean Society of Safety
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v.29
no.4
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pp.9-14
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2014
Self-piercing riveting(SPR) is a mechanical fastening technique which is put pressure on the rivet for joining the sheets. Unlike a spot welding, SPR joining does not make the harmful gas and $CO_2$ and needs less energy consumption. In this study, static and fatigue tests were conducted using tensile-shear specimens with Al-5052 plates for evaluation of fatigue strength of the SPR joints. During SPR joining process for the specimen, using the current sheet thickness and a rivet, the optimal applied punching force was found to be 21 kN. And, the maximum static strength of the specimen produced at the optimal punching force was 3430 N. During the fatigue tests for the specimens, interface failure mode occurred on the top substrate close to the rivet head in the most high-loading range region, but on the bottom substrate close to the rivet tail in the low -loading range region. There was a relationship between applied load amplitude $P_{amp}$ and lifetime of cycle N for the tensile-shear, $P_{amp}=3395.5{\times}N^{-0.078}$. Using the stress-strain curve of the Al-5052 from tensile test, the simulations for fatigue specimens have been carried out using the implicit finite element code ABAQUS. The relation between von-Mises equivalent stress amplitude and number of cycles was found to be ${\sigma}_{eq}=514.7{\times}N^{-0.033}$.
Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering
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v.43
no.4
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pp.41-47
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2020
As modern industries are highly being developed, it is required that mechanical parts have to be manufactured with a high precision. In order to have precise parts, error-free designs have to be done before manufacturing with accuracy. For this intention being fulfilled, a mechanical analysis is essential for design proof. Nowadays, FEM simulation is a popular tool for verifying a machine design. In this paper, an impeller, being utilized in a compressor or an oil mixer as an actuator, is studied for an evaluation. The purpose of this study is to present a safety of an impeller for a proof of its mechanical stability. A static analysis for stress, strain, and deformation within a regular usage is examined. This simulation test shows 357.26×106 Pa for maximum equivalent stress and 0.207mm for total deformation. A fatigue test is carried to provide durability and its result shows that minimum safety factor is 3.2889, which guarantees that it runs without a fatigue failure in 106 cycles. The natural frequencies for the impeller is ranged from 228.09Hz to 1,253.6Hz for the 1st to the 6th mode. Total deformations at these natural frequencies are shown from 6.84mm to 12.631mm. Furthermore, Campbell diagram reveals that a critical speed is not found throughout regular rotational speeds. From the test results for the analysis, this paper concludes that the suggested impeller is proved for its mechanical safety and good to utilize at industries.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.33
no.2
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pp.121-128
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2020
The purpose of this study is to investigate the distribution patterns of displacement and acceleration fields in a nonlinear soil ground based on the interaction of high-speed train, wheel, rail, and ground. For this purpose, a high-speed train in motion was modeled as the actual wheel, and the vertical contact of wheel and rail and the lateral contact, caused by meandering motion, were simulated; this simulation was based on the moving mass analysis. The soil ground part was given the nonlinear behavior of the upper ground part by using the modified the Drucker-Prager model, and the changes in displacement and acceleration were compared with the behavior of the elastic and inelastic grounds. Using this analysis, the displacement and acceleration ranges close to the actual ground behavior were addressed. Additionally, the von-Mises stress and equivalent plastic strain at the ground were examined. Further, the equivalent plastic and total volumetric strains at each failure surface were examined. The variation in stresses, such as vertical stress, transverse pressure, and longitudinal restraint pressure of wheel-rail contact, with the time history was investigated using moving mass. In the case of nonlinear ground model, the displacement difference obtained based on the train travel is not large when compared to that of the elastic ground model, while the acceleration is caused to generate a large decrease.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.12
no.3
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pp.11-20
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2008
In this paper, the characteristics of low hardness high damping rubber bearings(HDRB) were studied through various prototype tests. The low hardness HDRB were tested to evaluate vertical stiffness, shear stiffness, equivalent damping ratio, various dependencies of shear properties, ultimate shear properties and other factors. The prototype test was performed according to the specifications of ISO 22762-1, and evaluated according to the specifications of ISO 22762-3. The results of the prototype test showed that shear strain and temperature were the factors that most greatly influenced shear stiffness, and that compressive stress was the factor that most greatly influenced the equivalent damping ratio. The frequency dependence test of shear properties showed that two general tendencies of frequency dependence could be observed. At frequencies over 0.1Hz, the changes in shear properties were small. However, at frequencies under 0.1Hz, the changes in shear properties rapidly decreased. The creep test and the ultimate shear test were also performed, and both of them satisfied the requirements of ISO 22762-3.
Among the methods for enhancement of load-carrying capacity on flexural concrete member, recently, a concept is being investigated which replaces the steel in a conventional reinforced concrete member with a fiber reinforced polymer(FRP) shell. This study focuses on modeling of the structural behavior of concrete surrounded with FRP shells in flexural bending members. A numerical model of fiber cross-sectional analysis is proposed to predict the stress and deformation state of the FRP shell and concrete. The stress-strain relationship of concrete confined by a FRP shell is formulated to be based on the constitutive law of concrete in multi-axial compressive stress state, in assuming that the compression response is dependent on the radial expansion of the concrete. To describe the FRP shell behavior, equivalent orthotropic properties of in-plane behavior from classical lamination theory are used. The present model is validated to compare with the experiments of 4-point bending tests of FRP shell concrete beam, and has well predicted the moment-curvature relationships of the members, axial and hoop strains in the section, and the enhancement of confinement effect in concrete surrounded by FRP shell.
The purpose of this paper is to present an analysis method by using the finite element
method which can exactly analyze load-deflection relationships, crack propagations. and
stresses and strains of reinforcements, tendons, and concrete in behaviors of elastic.
inelastic and ultimate ranges of reinforced and prestressed concrete slabs under
monotonically increasing loads. For t h i s purpose, the m a t e r i a l and geometric
nonlinearities are taken into account in this study. The total Lagrangian formulation
based upon the simplified Von Karman strain expressions is used to take into account
the geometric nonlinearities of the structure. The material nonlinearities are taken into
account by comprising the tension, compression. and shear models of cracked concrete
and models for reinforcements and tendons in the concrete : and also a so-called
smeared crack model is incorporated. The reinforcements and t,endons are assumed to be
in a uniaxial stress state and are modelled as smeared layers of equivalent thickness.
For the verification of application and validity of the method proposed in this paper,
several numerical examples are analyzcd and compared with experimental results. As a
result, this method can successfully predict the nonlinear and inelastic behaviors
throughout the fracture of reinforced and prestressed concrete slabs.
In this paper, the influence of axial compression ratio on the mechanical properties of new type joints of side span of rectangular concrete-filled steel tubular column-H-type steel beam is studied. Two new types of side-span joints of rectangular concrete-filled steel tubular column-H-type steel beam are designed and quasi-static tests of five new type joints with 1:2 scale reduction ratios are performed. The axial compression ratio of joint JD1 is 0.3, 0.4 and 0.5, and the axial compression ratio of joint JD2 is 0.3 and 0.5. In the joint test, different axial forces were applied to the top of the column according to different axial compression ratios, and low-cyclic reciprocating load was applied on the beam. The stress and strain distribution, beam and column deformation, limit state, failure process, failure mechanism, stiffness degradation, ductile deformation and energy dissipation capacity of the joint were measured and analyzed. The results show that: with the increase of axial compression ratio, the ultimate bearing capacity of the joint decreases slightly, the plastic deformation decreases, and the stiffness and ductility decrease. According to the energy dissipation curve of the specimen, the equivalent damping coefficient also increases with the increase of axial compression ratio in a certain range, indicating that the increase of axial compression ratio can improve the seismic performance of the joint to a certain extent. The finite element method is used to simulate the joint test, and the test results are in good agreement with the simulation results.
Zhou, Yiyi;Chouery, Kim Eng;Xie, Jiang-Yue;Shu, Zhan;Jia, Liang-Jiu
Steel and Composite Structures
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v.35
no.6
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pp.739-752
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2020
This paper aims to investigate cyclic plasticity of a new type of high-performance austenitic stainless steel with both high strength and high ductility. The new stainless steel termed as QN1803 has high nitrogen and low nickel, which leads to reduction of cost ranging from 15% to 20%. Another virtue of the new material is its high initial yield strength and tensile strength. Its initial yield strength can be 40% to 50% higher than conventional stainless steel S30408. Elongation of QN1803 can also achieve approximately 50%, which is equivalent to the conventional one. QN1803 also has a corrosion resistance as good as that of S30408. In this paper, both experimental and numerical studies on the new material were conducted. Full-range true stress-true strain relationships under both monotonic and cyclic loading were obtained. A cyclic plasticity model based on the Chaboche model was developed, where a memory surface was newly added and the isotropic hardening rule was modified. A user-defined material subroutine was written, and the proposed cyclic plasticity model can well evaluate full-range hysteretic properties of the material under various loading histories.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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