Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.14
no.12
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pp.73-85
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1997
The rolling force and roll deformation behavior in the twin roll type strip continuous casting process has been computed to estimate the thermal charcteristics of a caster roll. To calculation of rolling force, the relationship between flow stress and strain for a roll material and casting alloy are assumed as a function of strain-rate and temperature because mechanical properties of a casting materials depends on tempera- ture. The three dimensional thermal dlastic-plastic analysis of a cooling roll has also been carried out to obtain a roll stress and plastic strain distributions with the commercial finite element analysis package of ANSYS. Temperature fields data of caster roll which are provided by authors were used to estimated of roll deformation. Roll life considering thermal cycle is calculated by using thermal elastic-plastic analysis results. Roll life is proposed as a terms of a roll revolution in the caster roll with and without fine failure model on the roll surface. To obtain of plastic strain distributions of caster roll, thermomechan- ical properties of roll sleeve with a copper alloy is obtained by uniaxial tensile test for variation of temperature.
The determination of the blast protection level and the corresponding minimum load-bearing capacity for a laminated glass (LG) window is of crucial importance for safety and security design purposes. In this paper, the focus is given to the window response under near-field blast loading, i.e., where relatively small explosives would be activated close to the target, representative of attack scenarios using small commercial drones. In general, the assessment of the load-bearing capacity of a window is based on complex and expensive experiments, which can be conducted for a small number of configurations. On the other hand, nowadays, validated numerical simulations tools based on the Finite Element Method (FEM) are available to partially substitute the physical tests for the assessment of the performance of various LG systems, especially for the far-field blast loading. However, very little literature is available on the LG window performance under near-field blast loads, which differs from far-field situations in two points: i) the duration of the load is very short, since the blast wavelength tends to increase with the distance and ii) the load distribution is not uniform over the window surface, as opposed to the almost plane wave configuration for far-field configurations. Therefore, the current study focuses on the performance assessment and structural behaviour of LG windows under near-field blasts. Typical behavioural trends are investigated, by taking into account possible relevant damage mechanisms in the LG window components, while size effects for target LG windows are also addressed under a multitude of blast loading configurations.
Carbon nanotubes (CNTs) have received increased interest in reinforcing research for polymer matrix composites due to their exceptional mechanical characteristics. Its high surface area/volume ratio and aspect ratio enable polymer-based composites to make the most of its features. This study focuses on the experimental tensile testing and fabrication of carbon nanotube reinforced composite (CNTRC) beams, exploring various micromechanical models. By examining the performance of these models alongside experimental results, the research aims to better understand and optimize the mechanical properties of CNTRC materials. Tensile properties of neat epoxy and 0.3%; 0.4% and 0.5% by CNT reinforced laminated single layer (0°/90°) carbon fiber composite beams were investigated. The composite plates were produced in accordance with ASTM D7264 standard. The tensile test was performed in order to see the mechanical properties of the composite beams. The results showed that the optimum amount of CNT was 0.3% based on the tensile capacity. The capacity was significantly reduced when 0.4% CNT was utilized. Moreover, the experimental results are compared with Finite Element Models using ABAQUS. Hashin Failure Criteria was utilized to predict the tensile capacity. Good conformance was observed between experimental and numerical models. More importantly is that Young' Moduli of the specimens is compared with the prediction Halpin-Tsai and Mixture-Rule. Although Halpin-Tsai can accurately predict the Young's Moduli of the specimens, the accuracy of Mixture-Rule was significantly low.
The present paper evaluates seismic bearing capacity of rock masses subjected to loads of strip footings using the upper bound method. A general formula was proposed to evaluate the seismic bearing capacity considering both the horizontal and vertical accelerations of the earthquake and the effects of footing embedment depth simultaneously. Modified Hoek-Brown failure criterion was employed for the rock mass. Some comparisons were made with the available solutions and the finite element numerical models to show the accuracy of the developed upper bound formulations. The obtained results show significant improvement compared to the other available solutions. By increasing the horizontal earthquake acceleration from 0.1 to 0.3, the bearing capacity was reduced by up to 39%, while the effect of the vertical earthquake acceleration depends on its direction. An upward acceleration in the range of zero to 0.2 results in an increase in the bearing capacity by up to 24%, while the downward earthquake acceleration has an adverse effect. Also, by increasing the embedment depth of the footing from zero to 5 times the footing width, the value of seismic bearing capacity was raised about 86%. The obtained results were presented as design tables for use in practical applications.
The structural health of a pipeline is usually assessed by visual inspection. In addition to the fact that this method is expensive and time consuming, inspection of the whole structure is not possible due to limited access to some points. Therefore, adopting a damage detection method without the mentioned limitations is important in order to increase the safety of the structure. In recent years, vibration-based methods have been used to detect damage. These methods detect structural defects based on the fact that the dynamic responses of the structure will change due to damage existence. Therefore, the location and extent of damage, before and after the damage, are determined. In this study, fuzzy genetic algorithm has been used to monitor the structural health of the pipeline to create a fuzzy automated system and all kinds of possible failure scenarios that can occur for the structure. For this purpose, the results of an experimental model have been used. Its numerical model is generated in ABAQUS software and the results of the analysis are used in the fuzzy genetic algorithm. Results show that the system is more accurate in detecting high-intensity damages, and the use of higher frequency modes helps to increase accuracy. Moreover, the system considers the damage in symmetric regions with the same degree of membership. To deal with the uncertainties, some error values are added, which are observed to be negligible up to 10% of the error.
The main idea of the framework is to seamlessly combine a reasonably accurate and fast surrogate model with the importance sampling strategy. Developing a surrogate model for predicting structures' dynamic responses is challenging because it involves high-dimensional inputs and outputs. For this purpose, a novel surrogate model based on cutting-edge deep learning architectures specialized for capturing temporal relationships within time-series data, namely Long-Short term memory layer and Transformer layer, is designed. After being properly trained, the surrogate model could be utilized in place of the finite element method to evaluate structures' responses without requiring any specialized software. On the other hand, the importance sampling is adopted to reduce the number of calculations required when computing the failure probability by drawing more relevant samples near critical areas. Thanks to the portability of the trained surrogate model, one can integrate the latter with the Importance sampling in a straightforward fashion, forming an efficient framework called TTIS, which represents double advantages: less number of calculations is needed, and the computational time of each calculation is significantly reduced. The proposed approach's applicability and efficiency are demonstrated through three examples with increasing complexity, involving a 1D beam, a 2D frame, and a 3D building structure. The results show that compared to the conventional Monte Carlo simulation, the proposed method can provide highly similar reliability results with a reduction of up to four orders of magnitudes in time complexity.
Jae Hyun Kim;Seung-Ho Choi;Sun-Jin Han;Hoseong Jeong;Jae-Yeon Lee;Kang Su Kim
Earthquakes and Structures
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v.25
no.4
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pp.283-296
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2023
This paper presents experimental and numerical studies of seismic performance on reinforced concrete (RC) wide beam (WB) joints. Two RC-WB joint specimens and one conventional RC joint specimen were fabricated using the reinforcing details of longitudinal reinforcing bars in a beam as a variable, and quasi-static cyclic loading tests were performed. The results were used to compare and analyze the load-drift ratio relationship, failure mode, and seismic performance of the specimens quantitatively. In addition, a finite element (FE) analysis of the RC-WB joint was conducted, and the rationality of the FE model was validated by comparing it with the test results. Based on the FE model, a parametric study was conducted, where the ratio of longitudinal reinforcing bars placed on the outer and inner parts of the joint (𝜌ex/𝜌in) was a key variable. The results showed that, in the RC-WB joint, an increase of 𝜌ex/𝜌in leads to more severe damage to concrete, which reduces the seismic performance of the RC-WB joints.
This paper presents stability evaluation of unlined tunnels with semi-circular arch and straight sides (SASS) driven in non-homogeneous and anisotropic undrained clay. Numerical analysis has been conducted based on lower bound finite element limit analysis with second order cone programming under plane strain condition. The solutions will be used for the assessment of stability of unlined semi-circular arch tunnels and tunnels in which semi-circular roof is supported over rectangular/square sections. The stability charts have been generated in terms of a non-dimensional factor considering linear variation in undrained anisotropic strength for normally consolidated and lightly over consolidated clay with depth, and constant undrained anisotropic strength for heavily over-consolidated clay across the depth. The effect of normalized surcharge pressure on ground surface, non-homogeneity and anisotropy of clay, tunnel cover to width ratio and height to width ratio of tunnel on the stability factor and associated zone of shear failure at yielding have been examined and discussed. The geometry of tunnel in terms of shape and size, and non-homogeneity and anisotropy in undrained strength of clay has been observed to influence significantly the stability of unlined SASS tunnels.
Cold-formed steel (CFS) I sections are increasingly being used as load-bearing components in building constructions, and such I sections frequently incorporate web holes to facilitate service installation. The economical and structural advantages of these elements have prompted many researchers to investigate the behavior of such structures. Despite numerous studies on the buckling stability of castellated beams, there is a notable absence of experimental investigation into oval castellated beams with stiffeners. This study examines the local buckling of cold-formed steel castellated I-beams stiffened with oval constellations through experimental and numerical analysis. Four specimens are fabricated with and without stiffeners, including parallel, perpendicular, and intersecting types attached to the web portion of the beam, along with cross stiffeners for the oval-shaped openings at the beam ends. Additionally, a numerical model is developed to predict the behavior of castellated beams with oval openings up to failure, considering both material and geometric nonlinearities. Codal analysis is performed using the North American specification for cold-formed steel AISI S-100 and the Australian/New Zealand design code AS/NZS 4600. The anticipated outcomes from numerical analysis, experimental research, and codal analysis are compared and presented. It will be more helpful to the preliminary designers.
If the pressure exerted on the face of a tunnel excavated by TBM exceeds a threshold, it leads to failure of the soil or rock masses ahead of the tunnel face, which results in heaving the ground surface. In the current research, the upper bound method of limit analysis was employed to calculate the blow-out pressure of tunnels excavated in rock masses obeying the Hoek-Brown nonlinear criterion. The results of the proposed method were compared with three-dimensional finite element models, as well as the available methods in the literature. The results show that when σci, mi, and GSI increase, the blow-out pressure increases as well. By doubling the tunnel diameter, the blow-out pressure reduces up to 54.6%. Also, by doubling the height of the tunnel cover and the surcharge pressure exerted on the ground surface above the tunnel, the blow-out pressure increased up to 74.9% and 5.4%, respectively. With 35% increase in the unit weight of the rock mass surrounding the tunnel, the blow-out pressure increases in the range of 14.8% to 19.6%. The results of the present study were provided in simple design graphs that can easily be used in practical applications in order to obtain the blow-out pressure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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