In order to investigate the seismic performance of regionally confined concrete circular column with trapezoid stirrups (TRCCC) under high axial compression ratio, the confinement mechanism of regionally confined concrete was analyzed. Three regionally confined concrete circular columns with trapezoid stirrups were designed, and low cyclic loading tests were conducted at three different axial compression ratios (0.9, 1.1, 1.25) to study the failure mode, hysteresis curve, skeleton curve, deformation capacity, stiffness degradation and energy dissipation capacity of the specimens. The results indicate that the form of regional confinement concrete provides more uniform confinement to the normal confinement, and the confinement efficiency at the edges is 1.4 times that of normal confined concrete. The ductility coefficients of the specimens were all greater than 3 under high axial compression ratios, and the stiffness and horizontal bearing capacity increased with the increase of axial compression ratio. Therefore, it is recommended that the code of design specifications can appropriately relax the axial compression ratio limit for TRCCC. Finally, the spacing between stirrups of TRCCC was analyzed using ABAQUS software. The results showed that as the spacing between the stirrups decreased, the cracking load and peak load of TRCCC increased continuously, but the rate of increase decreases.
Shored Mechanically Stabilized Earth (SMSE) walls are types of soil retaining structures that increase soil stability under static and dynamic loads. The damage caused by an earthquake can be determined by evaluating the probabilistic seismic response of SMSE walls. This study aimed to assess the seismic performance of SMSE walls and provide fragility curves for evaluating failure levels. The generated fragility curves can help to improve the seismic performance of these walls through assessing and controlling variables like backfill surface settlement, lateral deformation of facing, and permanent relocation of the wall. A parametric study was performed based on a non-linear elastoplastic constitutive model known as the hardening soil model with small-strain stiffness, HSsmall. The analyses were conducted using PLAXIS 2D, a Finite Element Method (FEM) program, under plane-strain conditions to study the effect of the number of geogrid layers and the axial stiffness of geogrids on the performance of SMSE walls. In this study, three areas of damage (minor, moderate, and severe) were observed and, in all cases, the wall has not completely entered the stage of destruction. For the base model (Model A), at the highest ground acceleration coefficient (1 g), in the moderate damage state, the fragility probability was 76%. These values were 62%, and 54%, respectively, by increasing the number of geogrids (Model B) and increasing the geogrid stiffness (Model C). Meanwhile, the fragility values were 99%, 98%, and 97%, respectively in the case of minor damage. Notably, the probability of complete destruction was zero percent in all models.
Tapered girders emerged as an economical remedy for the challenges associated with constructing long-span buildings. From an economic standpoint, these systems offer significant advantages, such as wide spans, quick assembly, and convenient access to utilities between the beam's shallow sections and the ceiling below. Elastic-local buckling is among the various failure modes that structural designers must account for during the design process. Despite decades of study, there remains a demand for efficient and comprehensive procedures to streamline product design. One of the most pressing requirements is a better understanding of the tapered web plate girder's local buckling behavior. This paper conducts a comprehensive numerical analysis to estimate the critical buckling coefficient for simply supported tapered steel web plates, considering loading conditions involving compression and bending stresses. An eigenvalue analysis was carried out to determine the natural frequencies and corresponding mode shapes of tapered web plates with varying geometric parameters. Additionally, the study highlights the relative significance of various parameters affecting the local buckling phenomenon, including the tapering ratio of the panel, normalized plate length, and ratio of minimum to maximum compressive stresses. The regression analysis and optimization techniques were performed using MATLAB software for the results of the finite element models to propose a separate formula for each load case and a unified formula covering different compression and bending cases of the elastic local buckling coefficient. The results indicate that the proposed formulas are applicable for estimating the critical buckling coefficient for simply supported tapered steel web plates.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.13
no.6
s.58
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pp.75-87
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2009
In this study, FEM analysis has been performed based on the results from domestic experimental researches regarding to material and member characteristics of masonry. After validation of reliability for the used FEM analysis method, this study is progressed the evaluation of seismic capacity for existing prototype masonry building in Korea. According to the evaluation for the prototype masonry building, the horizontal shear force and the average shear stress are similar to those of previous studies.
Jeremy Gunawan;Jessica Rikanti Tawekal;Ricky Lukman Tawekal;Eko Charnius Ilman
Ocean Systems Engineering
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v.13
no.4
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pp.385-399
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2023
A collision between a ship and an offshore platform may result in structural damage and closure; therefore, damage analysis is required to ensure the platform's integrity. This paper presents a damage assessment of a three-legged jacket platform subjected to ship collisions using the industrial finite element program Bentley SACS. This study considers two ships with displacements of 2,000 and 5,000 tons and forward speeds of 2 and 6.17 meters per second. Ship collision loads are applied as a simplified point load on the center of the platform's legs at inclinations of 1/7 and 1/8; diagonal bracing is also included. The jacket platform is modelled as beam elements, with the exception of the impacted jacket members, which are modelled as nonlinear shell elements with elasto-plastic material and constant isotropic hardening to provide realistic dented behavior due to ship collision load. The structural response is investigated, including kinetic energy transfer, stress distribution, and denting damage. The simulation results revealed that the difference in leg inclination has no effect on the level of localized denting damage. However, it was discovered that a leg with a greater inclination (1/8) resists structural displacement more effectively and absorbs less kinetic energy. In this instance, the three-legged platform collapses due to the absorption of 27.30 MJ of energy. These results provide crucial insights for enhancing offshore platform resilience and safety in high-traffic maritime regions, with implications for design and collision mitigation strategies.
With increasing interest in aviation leisure sports, the demand for ultralight aircraft has increased, highlighting the necessity for robust structural design of the aircraft. In response, this study conducted static structural analysis and free-fall analysis of fuselage frame of ultralight aircraft. Robust design and crashworthiness under operational load conditions and vertical impact scenarios were evaluated by assessing maximum stress and safety factors. Analyses were performed using finite element method-based software ANSYS Workbench. Results including stress distribution and strain were analyzed to verify the safety of the designed fuselage frame. Additionally, this study predicted excessive deformation and failure locations of the fuselage frame during vertical drop impacts.
Slice method is commonly used in solving slope stability problems since it is easy to use and its computation time is rather short. But depending upon the assumptions on the inter-slice forces, different methods are available. Quite often the difference between methods are so big that it is very difficult to make engineering decisions. This paper describes a method to calculate the factor of safety of a slope using FLAC, a finite difference based program. A FISH routine is developed to calculate the factor of safety, and verified by comparing with Chen's limit equilibrium solution. An example problem was selected from Fredlund and Krhan's paper, and results were compared for different soil and water conditions. The difference was less than 0.01 when the soil is homogeneous, and less than 5 % when a weak layer is embedded. Since most geotechnical application programs are capable of considering complicated ground conditions as well as the effect of ground supports, numerical methods are believed to be very useful in making engineering decisions. The developed routine can be applied to the calculation of the factor of safety of jointed rock slopes or weathered rock slopes where the use of slice method is limited.
The use of composite restorative materials is established due to continuing improvements in the materials and restorative techniques. Composite resins are widely used for the restoration of cervical lesions because of esthetics, good physical properties and working time. There are several types of cavity design for class V composite resin filling, but inappropriate cavity form may affect bonding failure, microleakage and fracture during mastication. Cavity preparations for composite materials should be as conservative as possible. The extent of the preparation is usually determined by the size, shape, and location of the defect. The design of the cavity preparation to receive a composite restoration may vary depending on several factors. In this study, 5 types of class V cavity were prepared on each maxillary central incisor. The types are; 1) V-shape, 2) round(U) shape, 3) box form, 4) box form with incisal bevel and 5) box form with incisal bevel and grooves for axial line angles. After restoration, in order to observe the concentration of stress at bonding surfaces of teeth and restorations, developing a 2-dimensional finite element model of labiopalatal section in tooth, surrounding bone, periodontal ligament and gingiva, based on the measurements by Wheeler, loading force from direction of 45 degrees from lingual side near the incisal edge was applied. This study analysed Von Mises stress with SuperSap finite element analysis program(Algor Interactive System, Inc.). The results were as follows : 1. Stress concentration was prevalent at tooth-resin bonding surface of cervical side on each model. 2. In model 2 without line angle, stress was distributed evenly. 3. Preparing bevel eliminated stress concentration much or less at line angle. 4. Model with round-shape distributed stress concentration more evenly than box-type model with sharp line angle, therefore decreased possibility of fracture. 5. Adding grooves to line angles had no effect of decreasing stress concentration to the area.
Kim, Y.H.;Park, E.Y.;Kim, W.H.;Hwang, S.P.;Park, K.W.;Lee, Sung-Jae
Journal of Biomedical Engineering Research
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v.38
no.1
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pp.9-15
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2017
Recently, flexible cages have been introduced in an attempt to absorb and reduce the abnormal load transfer along the anterior parts of the spine. They are designed to be used with the pedicle screw systems to allow some mobility at the index level while containing ROM at the adjacent level. In this study, a finite element (FE) study was performed to assess biomechanical efficacies of the flexible cage when combined with pedicle screws with flexible rods. The post-operated models were constructed by modifying the L4-5 of a previously-validated 3-D FE model of the intact lumbar spine (L2-S1): (1) Type 1, flexible cage only; (2) Type 2, pedicle screws with flexible rods; (3) Type 3, interbody fusion cage plus pedicle screws with rigid rods; (4) Type 4, interbody fusion cage plus Type 2; (5) Type 5, Type 1 plus Type 2. Flexion/extension of 10 Nm with a compressive follower load of 400N was applied. As compared to the Type 3 (62~65%) and Type 4 (59~62%), Type 5 (53~55%) was able to limit the motion at the operated level effectively, despite moderate reduction at the adjacent level. It was also able to shift the load back to the anterior portions of the spine thus relieving excessively high posterior load transfer and to reduce stress on the endplate by absorbing the load with its flexible shape design features. The likelihood of component failure of flexble cage remained less than 30% regardless of loading conditions when combined with pedicle screws with flexible rods. Our study demonstrated that flexible cages when combined with posterior dynamic system may help reduce subsidence of cage and degeneration process at the adjacent levels while effectively providing stability at the operated level.
In this paper, a total of 13 beams with bonding, anchorage system, amount of prestressing and span length as variables of experiment were tested in flexural test and analyzed in finite element analysis; one control beam, two simplified FRP-boned beams, four prestressed FRP-unbonded beams and four prestressed FRP-bonded beams. Also, a nonlinear finite element analysis of beams in the flexural test is performed by DIANA program considered material nonlinear of concrete, reinforcement and the interfacial bond-slip model between concrete and CFRP plates. The failure mode of prestressed CFRP plated-beams is not debonding but FRP rupture. RC members strengthened with external bonded prestressed CFRP plates occurred 1st and 2nd debonding of the composite material. After the debonding of CFRP plates occurs in bonded system, behavior of bonded CFRP-plated beams change into that of unbonded CFRP-plated beams due to fix of the anchorage system. Also, It was compared flexural test results and analytical results of RC members strengthened with CFRF plates. The ductility of beams strengthened by CFRP plates with the anchorage system is considered high with the ductility index of above 3. Analysis results showed a good agreement with experiment results in the debonding load, yield load and ultimate load.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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