Strain rate investigations are needed to calibrate strain-rate-dependent material models and numerical codes. An appropriate material model, which considers the rate effects, need to be used for proper numerical modeling. The plastic concrete cut-off wall is a special underground structure that acts as a barrier to stop or reduce the groundwater flow. These structures might be subjected to different dynamic loads, especially earthquake. Deformability of a structure subjected to dynamic loads is a principal issue which need to be undertaken during the design phase of these structures. The characterization of plastic concrete behavior under different strain rates is essential for proper designing of cut-off walls subjected to dynamic loads. The Cowper-Symonds model, as one of the most commonly applied material models, complies well with the behavior of a plastic concretes in low to moderate strain rates and will be useful in explicit dynamics simulations. This paper aims to present the results of an experimental study on mechanical responses of one of the most useful types of plastic concrete and Cowper-Symonds constant determination procedures in a wide range of strain rate from 0.0005 to 107 (1/s). For this purpose, SHPB, uniaxial, and triaxial compression tests were done on plastic concrete samples. Based on the results of quasi-static and dynamic tests, the dynamic increase factors (DIF) of this material in different strain rates and stress state conditions were determined for calibration of the Cowper - Symonds material models.
Ouch, Rithy;Ukritchon, Boonchai;Pipatpongsa, Thirapong;Khosravi, Mohammad Hossein
Geomechanics and Engineering
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제12권6호
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pp.1021-1046
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2017
The assessment of slope stability is an essential task in geotechnical engineering. In this paper, a three-dimensional (3D) finite element analysis (FEA) was employed to investigate the performance of different shear pin arrangements to increase the stability of a soil block resting on an inclined plane with a low-interface friction plane. In the numerical models, the soil block was modeled by volume elements with linear elastic perfectly plastic material in a drained condition, while the shear pins were modeled by volume elements with linear elastic material. Interface elements were used along the bedding plane (bedding interface element) and around the shear pins (shear pin interface element) to simulate the soil-structure interaction. Bedding interface elements were used to capture the shear sliding of the soil on the low-interface friction plane while shear pin interface elements were used to model the shear bonding of the soil around the pins. A failure analysis was performed by means of the gravity loading method. The results of the 3D FEA with the numerical models were compared to those with the physical models for all cases. The effects of the number of shear pins, the shear pin locations, the different shear pin arrangements, the thickness and the width of the soil block and the associated failure mechanisms were discussed.
In this study, the enhancement of the conventional Savonius wind rotor performance with extension plate has been investigated experimentally and numerically. Experimental models used in the study have been produced with 3D (three dimensional) printing, which is one of the rapid prototyping techniques. Experiments of produced Savonius wind rotor models have been carried out in a wind tunnel. CFD (Computational Fluid Dynamics) analyses have been performed under the same experimental conditions to ensure that experiments and numerical analyses are supported to each other. An additional extension plate has been used in order to enhance the performance of the conventional Savonius wind rotor with a gap distance between blades. It can be called modified Savonius rotor or Savonius rotor with built-in extension plate. Thus, the performance of the rotor has been enhanced without using additional equipment other than the rotor itself. Numerical and experimental analyses of Savonius wind rotor models with extension plate have been carried out under predetermined boundary conditions. It has been found that the power coefficient of the modified Savonius rotor is increased about 15% according to the conventional Savonius rotor.
The main objective of this paper is to compare economical effectiveness of typical methods for checking stability in principal components of steel cable-stayed bridges. Elastic and inelastic buckling analyses are carried out for frame-like numerical models of cable-stayed bridges. The axial-flexural interaction equations prescribed in AASHTO Allowable Stress Design (ASD) and AASHTO Load and Resistance Factor Design (LRFD) are used in order to check the stability of principal components. Parametric studies are performed for numerical models which have the center span length of 300m, 600m, 900m and l200m with different girder depths. Peak values of the interaction equations are calculated at the intersection point between girders and towers. These peak values are considered as a major factor to design of principal components of cable-stayed bridges. As a result, more economical design for girders and towers can be feasible using the inelastic buckling analysis. In addition, LRFD codes are more economical about 20% on the average than ASD codes for all numerical models of cable-stayed bridges.
Buckling restrained braces (BRBs) were developed as an enhanced alternative to conventional braces by restraining their global buckling, thus allowing development of a stable quasi-symmetric hysteretic response. A wider adoption of buckling restrained braced frames is precluded due to proprietary character of most BRBs and the code requirement for experimental qualification. To overcome these problems, BRBs with capacities corresponding to typical steel multi-storey buildings in Romania were developed and experimentally tested in view of prequalification. In the second part of this paper, a complex nonlinear numerical model for the tested BRBs was developed in the finite element environment Abaqus. The calibration of the numerical model was performed at both component (material models: steel, concrete, unbonding material) and member levels (loading, geometrical imperfections). Geometrically and materially nonlinear analyses including imperfections were performed on buckling restrained braces models under cyclic loading. The calibrated models were further used to perform a parametric study aiming at assessing the influence of the strength of the buckling restraining mechanism, concrete class of the infill material, mechanical properties of steel used for the core, self-weight loading, and frame effect on the cyclic response of buckling restrained braces.
Jo, Young-Hee;Chang, Kyoungsik;Sheen, Dong-Jin;Park, Soo Hyung
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제16권1호
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pp.8-18
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2015
A numerical simulation for a nonslender BWB UCAV configuration with a rounded leading edge and span of 1.0 m was performed to analyze its aerodynamic characteristics. Numerical results were compared with experimental data obtained at a free stream velocity of 50 m/s and at angles of attack from -4 to $26^{\circ}$. The Reynolds number, based on the mean chord length, is $1.25{\times}106$. 3D multi-block hexahedral grids are used to guarantee good grid quality and to efficiently resolve the boundary layer. Menter's shear stress transport model and two transition models (${\gamma}-Re_{\theta}$ model and ${\gamma}$ model) were used to assess the effect of the laminar/turbulent transition on the flow characteristics. Aerodynamic coefficients, such as drag, lift, and the pitching moment, were compared with experimental data. Drag and lift coefficients of the UCAV were predicted well while the pitching moment coefficient was underpredicted at high angles of attack and influenced strongly by the selected turbulent models. After assessing the pressure distribution, skin friction lines and velocity field around UCAV configuration, it was found that the transition effect should be considered in the prediction of aerodynamic characteristics of vortical flow fields.
Many experimental analyses for annular film dryouts, which is one of the Critical Heat Flux (CHF) mechanisms, have been performed because of their importance. Numerical approaches must also be developed in order to assess the results from experiments and to perform pre-tests before experiments. Various thermal-hydraulic codes, such as RELAP, COBRATF, MARS, etc., have been used in the assessment of the results of dryout experiments and in experimental pre-tests. These thermal-hydraulic codes are general tools intended for the analysis of various phenomena that could appear in nuclear power plants, and many models applying these codes are unnecessarily complex for the focused analysis of dryout phenomena alone. In this study, a numerical model was developed for annular film dryout using the drift-flux model from uniform heated tube geometry. Several candidates of models that strongly affect dryout, such as the entrainment model, deposition model, and the criterion for the dryout point model, were tested as candidates for inclusion in an optimized annular film dryout model. The optimized model was developed by adopting the best combination of these candidate models, as determined through comparison with experimental data. This optimized model showed reasonable results, which were better than those of MARS code.
The radar cross section (RCS) of warships is a crucial design factor to improve the survivability in terms of not only low observablity of the platform but also efficiency of on-board sensors and jamming devices against enemy threat. In design stage, numerical models are generated in order to quantitatively assess RCS, of which hull surfaces are modeled with the finite number of the flat plate. However, in practice, hull surfaces are permanently deformed by various kinds of loads such as winds and ocean waves faced during operations. In this paper, the effect of these shell plate deformation to RCS is numerically investigated. For this purpose, RCS calculations are carried out for various kinds of numerical models, such as single plates, dihedrals, large-sized undulate plates, and virtual warships, with some extent of permanent deformation. The results are compared with those of corresponding models without permanent deformation. It is concluded that the permanent deformation of hull surface highly influences RCS characteristics of warships, therefore they should be considered in the RCS analysis.
This paper studies on the behavior of reinforced concrete (RC) pipes used in basic sanitation in the conduction of storm water and sanitary sewer. Pipes with 800 mm and 1200 mm in diameter were analyzed. The 800 mm pipes were built with simple reinforcement and the 1200 mm pipes with double reinforcement. For the two diameters of pipes the presence or absence of the pocket was evaluated, and the denomination of each one is spigot and pocket pipe (SPP) and ogee joint pipe (OJP), respectively. The 3D numerical models reproduce the three-edge-bearing test that provides information about the strength and stiffness of the reinforced concrete pipes. The validation of the computational models was carried out comparing the vertical and horizontal displacements on the springline and crown/invert and it was also evaluated the reinforcement strains and the crack pattern. As a main conclusion, the numerical models represented satisfactorily the behavior of the pipes and can be used in future studies in parametric analysis.
Reinforced concrete flat slab (RCFS) with columns is a standard gravity floor system for tall buildings in North America. Typically, RCFS-column connections are designed to resist gravity loads, and their contribution to resisting seismic forces is ignored. However, past experimental research has shown that RCFS-column connections have some strength and ductility, which may not be ignored. Advanced numerical models have been developed in the past to determine the nonlinear cyclic behavior of RCFS-column connections. However, these models are either too complicated for nonlinear dynamic analysis of an entire building or not developed to model the behavior of modern RCFS-column connections. This paper proposes a new nonlinear model suitable for modern RCFS-column connections. The numerical model is verified using experimental data of specimens with various material and reinforcement properties. A 40-story RC shear wall building was designed and analyzed to investigate the influence of RCFS on the global response of tall concrete buildings. The seismic responses of the building with and without the RCFS were modelled and compared. The results show that the modelling of RCFS has a significant impact on the inter-story drifts and force demands on both the seismic force-resisting and gravity elements.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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