Nam, Hyun Suk;Kim, Ji Soo;Kim, Jin Weon;Kim, Yun Jae
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.2
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pp.167-173
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2016
This paper proposes ductile failure simulation under high strain rate conditions using finite element (FE) analyses. In order to simulate a cracked component under a high strain rate condition, this paper applies the stress-modified fracture strain model combined with the Johnson/Cook model. The stress-modified fracture strain model determines the incremental damage in terms of stress triaxiality (${\sigma}_m/{\sigma}_e$) and fracture strain (${\varepsilon}_f$) for a dimple fracture using the tensile test results. To validate the stress-modified fracture strain model under dynamic loading conditions, the parameters are calibrated using the tensile test results under various strain rates and the fracture toughness test results under quasi-static conditions. The calibrated damage model predicts the CT test results under a high strain rate. The simulated results were then compared with the experimental data.
Moghadasi, Mostafa;Marsono, Abdul Kadir;Mohammadyan-Yasouj, Seyed Esmaeil
Steel and Composite Structures
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v.25
no.2
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pp.245-255
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2017
The performance of an Industrialised Building System (IBS) consists of prefabricated reinforced concrete components, is greatly affected by the behaviour of the connection between beam and columns. The structural characteristics parameters of a beam-to-column connection like rotational stiffness, strength and ductility can be explained by load-rotation relationship of a full scale H-subframe under gravitational load. Furthermore, the connection's degree of rigidity directly influences the behaviour of the whole frame. In this research, rotational behaviour of a patented innovative beam-to-column connection with unique benefits like easy installation, no wet work, no welding work at assembly site, using a hybrid behaviour of steel and concrete, easy replacement ability, and compatibility with architecture was investigated. The proposed IBS beam-to-column connection includes precast concrete components with embedded steel end connectors. Two full-scale H-subframes constructed with a new IBS and conventional cast in-situ reinforced concrete system beam-to-column connections were tested under incremental static loading. In this paper, load-rotation relationship and ratio of the rigidity of IBS beam-to-column connection are studied and compared with conventional monolithic reinforced concrete connection. It is concluded that this new IBS beam-to-column connection benefits from more rotational ductility than the conventional reinforced concrete connection. Furthermore, the semi-rigid IBS connection rigidity ratio is about 44% of a full rigid connection.
The accurate evaluation of settlement is important to every steps in the constructions involving soft soils. Relating with those constructions, especially, it has been emphasized recently that the influnce of secondary settlement is important. The ratio of $C_a/C_c$ and the surcharging tests can be applied collaboratively to predicting and reducing secondary consolidation. A series of incremental loading consolidation test and surcharging tests for undisturbed samples of Kunsan clay were performed in this study. As a result of the tests, the ratio of $C_a/C_c$ for the clay was found to be 0.0329. Also, the relationship between void ratio and $t/t_p$ was shown to be linear. Accordingly, the secondary compression index, $C_a for a long term loading had a constant value regardless of time. When the total surcharge ratio was 0.4 and the dissipation ratio of excessive porewater pressure was in the range from 80% to 100%, secondary settlement was effectively reduced for Kunsan clay.
This paper presented an application of the geotechnical hybrid-online simulation to the consolidation settlement problem of soft clay. Conventional numerical analyses have used idealized soil constitutive models obtained from the laboratory soil tests. On the other hand, in the hybrid-online simulation, soil response was directly introduced to numerical analyses from the soil element test, and, therefore, the complicated parameter estimation was not required in this method. Fundamentals of the hybrid-online simulation method and the development of the algorithm and corresponding hardware and software for the system were presented in this study. Furthermore, an incremental loading consolidation and the hydraulic conductivity test and a comparative study using the Terzagh's conventional consolidation theory were carried out for the system verification including the performance of the experimental device and source coding of software components, and the data reliability obtained from the system. In conclusion, we found that the hybrid-online consolidation simulation system could reproduce the consolidation behavior of the remolded Kaolinite specimen withoutany discrepancies.
A series of centrifuge model tests were conducted to investigate the behavior of piled bridge abutments subjected to lateral soil movements induced by approach embankments. The effect of clay layer depth and the rate of embankment construction on piled bridge abutments are the main focus of this study. Tests were performed for two loading types: (1) incremental loading applied in six lifts to the final embankment height; (2) instant loading corresponding to the final embankment height applied in one lift quickly. A variety of instrumentations such as LVDTs, strain gauges, earth pressure transducers, and pore pressure transducers are installed in designed positions in order to clarify the soil-pile interaction and the short- and long-term behavior for piled bridge abutments adjacent to surcharge loads. Based on the results of a series of centrifuge model tests, the distribution of lateral flow induced by staged embankment construction has trapezoidal distribution. The maximum lateral soil pressure is about 0.75$\gamma$H at surcharge loading stage, and about 0.35 $\gamma$H at over 80% consolidated stage.
In this paper, the testing cell and the related theory far the interpretation of constant rate of strain (CRS) consolidation test results in case of radial drainage were developed. The proposed method makes it possible to evaluate consolidation characteristics of clayey soil rapidly and accurately. To investigate the application of the developed testing device and theory, CRS consolidation tests and incremental loading(IL) tests in radial drainage condition with remolded and undisturbed samples were performed. Comparisons of consolidation parameters from consolidation curves including coefficient of consolidation values show the applicability and the reliability of the suggested method. The experimental data were compared with additional vertical drainage CRS tests and IL tests, and then were analyzed considering the effect of the drainage direction. In addition, the effect of excess pore water pressure generated during CRS consolidation test was investigated.
The importance of unsaturated state in various geo-engineering problems has led to the advance of mechanical constitutive model emulating behavior of unsaturated soils in response to thermo-hydro-mechanical loading. Elasto-plastic mechanical constitutive model for unsaturated soil is formulated based on Bishop's effective stress. Effective stress and temperature are main variables in constitutive equation, and incremental formulation of constitutive relationship is derived to compute stress update and stiffness tensor. Numerical simulations involving coupled THM processes are conducted to discuss numerical stability and applicability of developed constitutive model: one-dimensional test, tri-axial compression test, and clay-buffering at high level radioactive waste disposal. Numerical results demonstrated that developed model can predict very complex behavior of coupled THM phenomena and is applicable to geo-engineering problems under various environmental conditions, as well as interpret typical behavior of unsaturated soils.
Kim, Jin-Seop;Kim, Geon-Young;Baik, Min-Hoon;Finsterle, Stefan;Cho, Gye-Chun
Geomechanics and Engineering
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v.18
no.1
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pp.11-20
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2019
The purpose of this study was to propose a new approach for quantifying in situ rock mass damage, which would include a degree-of-damage and the degraded strength of a rock mass, along with its prediction based on real-time Acoustic Emission (AE) observations. The basic approach for quantifying in-situ rock mass damage is to derive the normalized value of measured AE energy with the maximum AE energy, called the degree-of-damage in this study. With regard to estimation of the AE energy, an AE crack source location algorithm of the Wigner-Ville Distribution combined with Biot's wave dispersion model, was applied for more reliable AE crack source localization in a rock mass. In situ AE wave attenuation was also taken into account for AE energy correction in accordance with the propagation distance of an AE wave. To infer the maximum AE energy, fractal theory was used for scale-independent AE energy estimation. In addition, the Weibull model was also applied to determine statistically the AE crack size under a jointed rock mass. Subsequently, the proposed methodology was calibrated using an in situ test carried out in the Underground Research Tunnel at the Korea Atomic Energy Research Institute. This was done under a condition of controlled incremental cyclic loading, which had been performed as part of a preceding study. It was found that the inferred degree-of-damage agreed quite well with the results from the in situ test. The methodology proposed in this study can be regarded as a reasonable approach for quantifying rock mass damage.
A finite element formulation based on the CFT(Compression Field Theory) concept such as the effect of compression softening in cracked concrete, and macroscopic and rotating crack models etc. was presented for the nonlinear behaviour of structural concrete. In this category, tangential or secant material stiffnesses for cracked concrete were also defined and discussed in view of the iterative solution schemes for nonlinear equations. Considering the computational efficiency and the ability of modelling the post-ultimate behaviour as major concerns, the incremental displacement solution algorithm involving initial material stiffnesses and the relaxation procedure for fast convergence was adopted and formulated in a type of 8-noded quadrilateral isoparametric elements. The analysis program NASCOM(Nonlinear Analysis of structrual Concrete by FEM : Monotonic Loading) developed baed on the CFT constitutive relationships and the incremetal solution strategy described enables the predictions of strength and deformation capacities in a full range. crack patterns and their corresponding widths, and yield extents of reinforcement. As the verfication purpose of NASCOM, the prediction of Cervenka's panel test results including the load resistance and the deformation history was made. A limited number of predictions indicate a good correlation in a general sense.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.29
no.3
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pp.237-244
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2016
This paper presents a nonlinear Moving Least Squares(MLS) difference method for material nonlinearity problem. The MLS difference method, which employs strong formulation involving the fast derivative approximation, discretizes governing partial differential equation based on a node model. However, the conventional MLS difference method cannot explicitly handle constitutive equation since it solves solid mechanics problems by using the Navier's equation that unifies unknowns into one variable, displacement. In this study, a double derivative approximation is devised to treat the constitutive equation of inelastic material in the framework of strong formulation; in fact, it manipulates the first order derivative approximation two times. The equilibrium equation described by the divergence of stress tensor is directly discretized and is linearized by the Newton method; as a result, an iterative procedure is developed to find convergent solution. Stresses and internal variables are calculated and updated by the return mapping algorithm. Effectiveness and stability of the iterative procedure is improved by using algorithmic tangent modulus. The consistency of the double derivative approximation was shown by the reproducing property test. Also, accuracy and stability of the procedure were verified by analyzing inelastic beam under incremental tensile loading.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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