Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.35
no.4
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pp.215-226
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2022
Significant efforts have been devoted to developing high-performance composite materials by emulating the structure of biological creatures with superior mechanical characteristics. Nacre has been one of the most sought-after natural structures due to its exceptional fracture toughness compared with the constituent materials. However, the effect of manipulating the nacre-like geometry on the impact performance has not been fully investigated thus far. In this study, composites of randomly manipulated nacreous geometry are numerically developed and the impact performance is analyzed. We develop an algorithm by which the planar area of platelets in the nacre-like design is randomly resized. Thereafter, the numerical models of nonuniform nacre-patterned multi-layer structures are developed and the drop-weight impact simulation is performed. The impact behaviors of the model are evaluated by using the ratio of absorbed energy, the von Mises stress distribution, and the impact force-time curve. Therefore, the effect of the geometric irregularity on the nacre-patterned design is elucidated. This insight can be efficiently utilized in establishing the optimum design of the nacre-patterned structure.
Ji-Won Kim;Chang-Ho Hong;Jin-Seop Kim;Sinhang Kang
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.26
no.3
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pp.191-208
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2024
In this study, a hydro-mechanical-damage coupled analysis model was developed to evaluate the structural safety of radioactive waste disposal structures. The Mazars damage model, widely used to model the fracture behavior of brittle materials such as rocks or concrete, was coupled with conventional hydro-mechanical analysis and the developed model was verified via theoretical solutions from literature. To derive the numerical input values for damage-coupled analysis, uniaxial compressive strength and Brazilian tensile strength tests were performed on concrete samples made using the mix ratio of the disposal concrete silo cured under dry and saturated conditions. The input factors derived from the laboratory-scale experiments were applied to a two-dimensional finite element model of the concrete silos at the Wolseong Nuclear Environmental Management Center in Gyeongju and numerical analysis was conducted to analyze the effects of damage consideration, analysis technique, and waste loading conditions. The hydro-mechanical-damage coupled model developed in this study will be applied to the long-term behavior and stability analysis of deep geological repositories for high-level radioactive waste disposal.
Depending on the plastic deformation capacity required, structural steel design under the current codes can be classified into three categories: elastic, plastic, and seismic design. Most of the current steel codes explicitly forbid the use of a steel material with a yield strength higher than 450 MPa in the plastic design because of the concerns about its low plastic deformation capacity as well as the lack of test data on local and lateral torsional buckling behavior. In this study, flexural tests on full-scale H-shape members built with SM490A (ordinary steel or benchmark material) and HSB800 (high-strength steel) were carried out. The primary objective was to investigate the appropriateness of extrapolating the local buckling criterion of the current codes, which was originally developed for normal-strength steel, to the case of high-strength steel. All the SM490A specimens performed consistently with the current code criteria and exhibited sufficient strength and ductility. The performance of the HSB800 specimens was also very satisfactory from the strength perspective; even the specimens with a noncompact and slender flange developed the plastic moment capacity. The HSB800 specimens, however, showed an inferior plastic rotation capacity due to the premature tensile fracture of the beam bottom flange beneath the vertical stiffener at the loading point. The plastic rotation capacity that was achieved was less than 3 (or the minimum level required for a plastic design). Although the test results in this study indicate that the extrapolation of the current flange local-buckling criterion to the case of high-strength steel is conservative from the elastic design perspective, further testing together with an associated analytical study is required to identify the causes of the tensile fracture and to establish a flange slenderness criterion that is more appropriate for high-strength steel.
Park, Chang-Hee;Lee, Cheol-Ho;Park, Hong-Gun;Hwang, Hyeon-Jong;Lee, Chang-Nam;Kim, Hyoung-Seop;Kim, Sung-Bae
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.23
no.4
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pp.503-514
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2011
In this research, the seismic connection details for two concrete-filled U-shape steel beam-to-H columns were proposed and cyclically tested under a full-scale cruciform configuration. The key connecting components included the U-shape steel section (450 and 550 mm deep for specimens A and B, respectively), a concrete floor slab with a ribbed deck (165 mm deep for both specimens), welded couplers and rebars for negative moment transfer, and shear studs for full composite action and strengthening plates. Considering the unique constructional nature of the proposed connection, the critical limit states, such as the weld fracture, anchorage failure of the welded coupler, local buckling, concrete crushing, and rebar buckling, were carefully addressed in the specimen design. The test results showed that the connection details and design methods proposed in this study can well control the critical limit states mentioned above. Especially, the proposed connection according to the strengthening strategy successfully pushed the plastic hinge to the tip of the strengthened zone, as intended in the design, and was very effective in protecting the more vulnerable beam-to-column welded joint. The maximum story drift capacities of 6.0 and 6.8% radians were achieved in specimens A and B, respectively, thus far exceeding the minimumlimit of 4% radians required of special moment frames. Low-cycle fatigue fracture across the beam bottom flange at a 6% drift level was the final failure mode of specimen A. Specimen B failed through the fracture of the top splice plate of the bolted splice at a very high drift ratio of 8.0% radian.
Hysteretic steel damper has been applied mainly to steel buildings. However, the usage in RC buildings is rapidly increasing recently. In order to apply the steel hysteretic damper in RC buildings, supporting elements of the damper should have sufficient strength and stiffness suitable for transferring damper forces to beams and walls. But due to the inevitable damage in reinforced concrete elements due to cracking, identification of the load transfer mechanism from damper to supporting element and hysteretic characteristics of the supporting element are extremely important in evaluating the damper behavior. Experiments were carried out on connection details between RC walls and supporting elements of the steel plate typed damper such as EaSy damper. The test results showed that fracture patterns of all specimens were almost identical except in the crack number and pattern associated with shear loading condition. Among the specimens, HD-3 shoed a well distributed cracks patterns along with good performance with respect to energy dissipation capacity, stiffness deterioration, and strength degradation.
The purpose of this study is to improve the seismic behavior of the bracing members. Lee and Goel's (1987) concrete filling in the hollow structural section (HSS) reduced the severity of local buckling and increased the fracture life. However, concrete filling in the HSS did not prevent the occurrence of local buckling in the midsection of the bracing member, which resulted in continuous strength degradation. This study investigated the seismic behavior of the concrete-filled HSS bracing member, which is reinforced by ribs in the midsection of the bracing member. The main variable of the specimens is rib length. The test results showed that buckling mode, cyclic compression strength, and energy dissipation capacity of the bracing members were affected by rib length. Specimen reinforced with ribs with a length of 63% had better structural performance.
The use of recycled aggregate in concrete is gaining much attention due to the growing need for sustainability in construction. In the present study, Self Compacting Concrete (SCC) is made using both natural and recycled aggregate (crushed recycled concrete aggregate from building demolished waste) and performance of recycled aggregate based SCC for the bond behaviour of reinforcement is evaluated. The major factors that influence the bond like concrete compressive strength (Mix-A, B and C), diameter of bar ($D_b=10$, 12 and 16 mm) and embedment length of bar ($L_d=2.5Db$, $5D_b$ and full depth of specimen) are the parameters considered in the present study in addition to type of aggregates (natural and recycled aggregates). The mix proportions of Natural Aggregate SCC (NASCC) are arrived based on the specifications of IS 10262. The mix proportions also satisfy the guidelines of EFNARC. In case of Recycled Aggregate SCC (RASCC), both the natural coarse and fine aggregates are replaced 100% by volume with that of recycled aggregates. These mixes are also evaluated for fresh properties as per EFNARC. The hardened properties like compressive strength, split tensile strength and flexural strength are also determined. The pull-out test is conducted as per the specifications of IS 2770 (Part-1) for determining the bond strength of reinforcement. Bond stress versus slip curves were plotted and a typical comparison of RASCC is made with NASCC. The fracture energy i.e., area under the bond stress slip curve is determined. With the use of recycled aggregates, reduction in maximum bond stress is noticed whereas, the normalised maximum bond stress is higher in case of recycled aggregates. Based on the experimental results, regression analysis is conducted and an equation is proposed to predict the maximum bond stress of RASCC. The equation is in good agreement with the experimental results. The available models in the literature are made use to predict the maximum bond stress and compare the present results.
A multilayer-structure material containing ductile and brittle layer simultaneously was examined and compared with a single layer material using fracture mechanical properties. We found that impact strength of multilayer structure material was considerably higher than single layer's and toughness was enhanced by about two times or higher in similar glass transition temperature($T_g$) region and the same dimension. The superposition principle of impact pulse was used for interpretation of kinetic stress wave as a high-velocity crack proceeds in the plastic. It was understood that the optimum condition of ductile/brittle thickness ratio could be designed in the final toughness enhancement of multilayer.
Kim, Jae-Won;Jeong, Myeong-Hyeok;Jang, Eun-Jung;Park, Sung-Cheol;Cakmak, Erkan;Kim, Bi-Oh;Matthias, Thorsten;Kim, Sung-Dong;Park, Young-Bae
Korean Journal of Materials Research
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v.20
no.6
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pp.319-325
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2010
3-D IC integration enables the smallest form factor and highest performance due to the shortest and most plentiful interconnects between chips. Direct metal bonding has several advantages over the solder-based bonding, including lower electrical resistivity, better electromigration resistance and more reduced interconnect RC delay, while high process temperature is one of the major bottlenecks of metal direct bonding because it can negatively influence device reliability and manufacturing yield. We performed quantitative analyses of the interfacial properties of Al-Al bonds with varying process parameters, bonding temperature, bonding time, and bonding environment. A 4-point bending method was used to measure the interfacial adhesion energy. The quantitative interfacial adhesion energy measured by a 4-point bending test shows 1.33, 2.25, and $6.44\;J/m^2$ for 400, 450, and $500^{\circ}C$, respectively, in a $N_2$ atmosphere. Increasing the bonding time from 1 to 4 hrs enhanced the interfacial fracture toughness while the effects of forming gas were negligible, which were correlated to the bonding interface analysis results. XPS depth analysis results on the delaminated interfaces showed that the relative area fraction of aluminum oxide to the pure aluminum phase near the bonding surfaces match well the variations of interfacial adhesion energies with bonding process conditions.
Park, Man-Jun;Eun, Il-Soo;Jung, Chul-Young;Ko, Young-Chul;Yoo, Chong-Il;Kim, Min-Woo;Hwang, Keum-Min
Journal of Korean Foot and Ankle Society
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v.18
no.2
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pp.76-79
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2014
In treatment of failure in ankle joint replacement therapy, talar avascular necrosis with massive bone defect, talus fracture with severe comminution and bone defect and ankle dislocation, treatment of large bone defects is considerably important for ankle joint stability and union, therefore, the choice of treatment for large bone defects is use of femoral head or iliac crest bone graft and rigid internal fixation. Because first generation total ankle arthroplasty performed for the first time using a cemented fixation technique requires a large amount of bone resection during re-surgery and there is some possibility of a larger bone defect after removal of implants, in cases where prosthesis for the defect is needed, performance of palliative femoral head or iliac crest bone graft and rigid internal fixation can be difficult. We report on a case of a 48-year-old woman who had experienced ankle pain for 25 years since undergoing total ankle arthroplasty. Because the patient had little ankle motion and rigid soft tissue despite a large bone defect caused by aseptic loosening, a good outcome was obtained only for the femoral cancellous bone graft using allo femoral head without internal fixation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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