This study aims to estimate the failure probability of concrete gravity dams for their risk analysis under flood situation. To the end, failure modes of concrete gravity dams and their limit state functions are proposed based on numerous review of domestic and international literatures on the dam failure cases and design standards. Three failure modes are proposed: overturning, sliding, and overstress. Based on the failure modes the limit state functions, the failure probability is assessed for a weir section and a non-weir section of a dam in Korea. As water level is rising from operational condition to extreme flood condition, the failure probability is found to be raised up to the warning condition, especially for overturning mode at the non-weir section. The result can be used to reduce the risk of the dam by random environmental variables under possible flood situation.
Ahmed M. Yousef;Karim Abd El-Hady;Mohamed E. El-Madawy
Structural Monitoring and Maintenance
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v.9
no.4
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pp.337-357
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2022
The objective of this study is to present a data-driven machine learning (ML) framework for predicting ultimate shear strength and failure modes of reinforced concrete ledge beams. Experimental tests were collected on these beams with different loading, geometric and material properties. The database was analyzed using different ML algorithms including decision trees, discriminant analysis, support vector machine, logistic regression, nearest neighbors, naïve bayes, ensemble and artificial neural networks to identify the governing and critical parameters of reinforced concrete ledge beams. The results showed that ML framework can effectively identify the failure mode of these beams either web shear failure, flexural failure or ledge failure. ML framework can also derive equations for predicting the ultimate shear strength for each failure mode. A comparison of the ultimate shear strength of ledge failure was conducted between the experimental results and the results from the proposed equations and the design equations used by international codes. These comparisons indicated that the proposed ML equations predict the ultimate shear strength of reinforced concrete ledge beams better than the design equations of AASHTO LRFD-2020 or PCI-2020.
Albegmprli, Hasan M.;Gulsan, M. Eren;Cevik, Abdulkadir
Advances in concrete construction
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v.7
no.1
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pp.39-50
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2019
This study presents a comprehensive experimental investigation on mostly encountered types of Reinforced Concrete Haunched Beams (RCHBs) where three modes of RCHBs investigated; the diversity of studied beams makes it a pioneer in this topic. The experimental study consists of twenty RCHBs and four prismatic beams. Effects of important parameters including beam type, the inclination angle, flexure and compressive reinforcement, shear reinforcement on mechanical behavior and failure mode of each mode of RCHBs were examined in detail. Furthermore crack propagation at certain load levels were inspected and visualized for each RCHB mode. The results confirm that RCHBs have different behavior in shear as compared to the prismatic beams. At the same time, different mechanical behavior was observed between the modes of RCHBs. Therefore, RCHBs were classified into three modes according to the inclination shape and mode of failure (Modes A, B and C). However, it was observed that there is no significant difference between RCHBs and prismatic beams regarding flexural behavior. Moreover, a new and unified formula was proposed to predict the critical effective depth of all modes of RCHBs that is very useful to predict the critical section for failure.
As a critical material in very/high-temperature gas-cooled reactors, graphite material directly affects the safety of the reactor core structures. Owing to the complex structures of graphite material in reactors, the material typically undergoes complex stress states. It is, therefore, necessary to study its mechanical properties, failure modes, and strength criteria under complex stress states so as to provide guidance for the core structure design. In this study, compressive failure tests were performed for graphite material under the condition of different confining pressures, and the effects of confining pressure on the triaxial compressive strength and Young's modulus of graphite material were studied. More specifically, graphite material based on the fracture surfaces and fracture angles, the graphite specimens were found to exhibit four types of failure modes, i.e., tension failure, shear-tension failure, tension-shear failure and shear failure, with increasing confining pressure. In addition, the Mohr strength envelope of the graphite material was obtained, and different strength criteria were compared. It showed that the parabolic Mohr-Coulomb criterion is more suitable for the strength evaluation for the graphite material.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.1
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pp.127-138
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1994
The application of fault tree technique to the analysis of compressor failure is considered. The techniques involve the decomposition of the system into a form of fault tree where certain basic events lead to a specified top event which signifies the total failure of the system. In this paper, fault trees are made by using fault train of screw type air compressor failure. The fault trees are used to obtain minimal cut sets from the modes of system failure and, hence the system failure rate for the top event can be calculated. The method of constructing fault trees and the subsequent estimation of reliability of the system is illustrated through compressor failure. It is proved that FTA is efficient to investigate the compressor failure modes and diagnose system.
To study the effects of foam core density and face-sheet thickness on the mechanical properties and failure modes of aluminum foam sandwich (AFS) beam, especially when the aluminum foam core is made in aluminum alloy and the face sheet thickness is less than 1.5 mm, three-point bending tests were investigated experimentally by using WDW-50E electronic universal tensile testing machine. Load-displacement curves were recorded to understand the mechanical response and photographs were taken to capture the deformation process of the composite structures. Results demonstrated that when foam core was combined with face-sheet thickness of 0.8 mm, its carrying capacity improved with the increase of core density. But when the thickness of face-sheet increased from 0.8 mm to 1.2 mm, result was opposite. For AFS with the same core density, their carrying capacity increased with the face-sheet thickness, but failure modes of thin face-sheet AFS were completely different from the thick face-sheet AFS. There were three failure modes in the present research: yield damage of both core and bottom face-sheet (Failure mode I), yield damage of foam core (Failure mode II), debonding between the adhesive interface (Failure mode III).
Internal erosion around pipes can lead to the failure of earth dams through various mechanisms. This study investigates the displacement patterns in earth dam models under three different failure modes due to internal erosion, using digital image correlation (DIC) methods. Three failure modes—erosion along a pipe (FM1), pipe leakage leading to soil erosion (FM2), and erosion in a pipe due to defects (FM3)—are analyzed using two- and three-dimensional image- processing techniques. The internal displacement of the cross-sectional area and the surface displacement of the downstream slope in the dam models are monitored using an image acquisition system. Physical model tests reveal that FM1 exhibits significant displacement on the upper surface of the downstream slope, FM2 shows focused displacement around the pipe defect, and FM3 demonstrates increased displacement on the upstream slope. The variations in internal and surface displacements with time depend on the segmented area and failure mode. Analyzing the relationships between internal and surface displacements using Pearson correlation coefficients reveals various displacement patterns for the segmented areas and failure modes. Therefore, the image-based characterization methods presented in this study may be useful for analyzing the displacement distribution and behavior of earth dams around pipes, and further, for understanding and predicting their failure mechanisms.
Accurately predicting the failure modes of reinforced concrete (RC) columns is essential for structural design and assessment. In this study, the challenges of imbalanced datasets and complex feature selection in machine learning (ML) methods were addressed through an optimized ML approach. By combining feature selection and oversampling techniques, the prediction of seismic failure modes in rectangular RC columns was improved. Two feature selection methods were used to identify six input parameters. To tackle class imbalance, the Borderline-SMOTE1 algorithm was employed, enhancing the learning capabilities of the models for minority classes. Eight ML algorithms were trained and fine-tuned using k-fold shuffle split cross-validation and grid search. The results showed that the artificial neural network model achieved 96.77% accuracy, while k-nearest neighbor, support vector machine, and random forest models each achieved 95.16% accuracy. The balanced dataset led to significant improvements, particularly in predicting the flexure-shear failure mode, with accuracy increasing by 6%, recall by 8%, and F1 scores by 7%. The use of the Borderline-SMOTE1 algorithm significantly improved the recognition of samples at failure mode boundaries, enhancing the classification performance of models like k-nearest neighbor and decision tree, which are highly sensitive to data distribution and decision boundaries. This method effectively addressed class imbalance and selected relevant features without requiring complex simulations like traditional methods, proving applicable for discerning failure modes in various concrete members under seismic action.
Fracture behaviors of pipes with local wall thinning are very important for the integrity of nuclear power plant. However, effects of local wall thinning on strength and fracture behaviors of piping system were not well studied. Acoustic emission(AE) has been widely used in various fields because of its extreme sensitivity, dynamic detection ability and location of growing defects. In this study, we investigated failure modes of locally wall thinned pipes and AE signals by bending test. From test results, we could be divided four types of failure modes of ovalization, crack initiation after ovalization, local buckling and crack initiation after local buckling. And fracture behaviors such as elastic region, yielding region, plastic deformation region and crack progress region could be evaluated by AE counts, accumulative counts and time-frequency analysis during bending test. The result of the frequency range is expected to be basic data that can inspect plants in real-time.
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.17
no.1
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pp.24-28
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2009
The reliability assessment is performed for Pressure Control Regulator of Aircraft Fuel System using reliability procedure which consists of the reliability analysis and the Failure Modes and Effects Analysis(FMEA). The target reliability as MTBF(Mean Time Between Failure) is set to 5000hr. During the reliability analysis process, the system is categorized by Work Breakdown Structure(WBS) up to level 3, and a reliability structure is defined by schematics of the system. Since the components and parts that have been collected through EPRD/NPRD. The predicted reliability to meet mission requirements and operating conditions is estimated as 4375.9hr. To accomplish the target reliability, the components and parts with high RPN have been identified and changed by analyzing the potential failure modes and effects. By changing the configuration design of components and parts with high-risk, the design is satisfied target reliability.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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