This work approaches the structural performance of masonry arches that have a small ratio between number of vossoirs and span length. The aim of this research is to compare and validate three different methods of analysis (funicular limit analysis F.L.A., kinematic limit analysis K.L.A. and plane stress Finite Element Analysis F.E.A.) with an experimental campaign. 18 failure tests with arches of different shapes and boundary conditions have been performed. The basic failure mechanism was the formation of enough hinges in the geometry. Nevertheless, in few cases, sliding between vossoirs also played a relevant influence. Moreover, few arches didn't reach the collapse. The FLA and KLA didn't find a solution close to the experimental values for some of the tests. The low number of vossoirs and joints become a drawback for an agreement between kinematic mechanism, equilibrium of forces and geometry constraints. FLA finds a lower bound whereas KLA finds an upper bound of the ultimate load of the arch. FEA is the most reliable and robust method and it can reproduce most of the mechanism and ultimate loads. However, special care is required in the definition of boundary conditions for FEA analysis. Scientific justification of the more suitability of numerical methods in front of classic methods at calculating arches with a few vossoirs is the main original contribution of the paper.
최근 항공 관련 산업이 활성화됨에 따라 복합재 해석 소프트웨어의 범용화가 요구되고 있다. 지금까지는 복합재 해석에 상용 소프트웨어를 주로 사용해 왔으나 고가의 가격과 제한적인 기능으로 인해 사용에 어려움을 겪어왔다. 이런 문제를 해결하기 위해 해석 절차를 모두 온라인화하고 범용화한 면내 및 코너 부외 파손 자동 해석 소프트웨어가 최근에 개발되었다. 그러나 이들은 다중의 파손 기준으로 동시에 해석할 수 없는 단점이 있었다. 본 논문에서는 CUDA 코어를 장착한 GPU에서만 동작하는 병렬 처리 플랫폼을 이용하여 다중의 파손 기준에 대한 해석을 동시에 처리하면서 처리 속도를 획기적으로 향상시키는 방법을 제안한다. 방대한 구조물 데이터에 대해서 해석 처리 속도를 실험하였을 때 만족할 만한 결과를 얻었다.
This study investigates the stress singularity that occurs at the contact edge of three bodies in a frictional complete contact. We use the asymptotic analysis method, wherein we constitute an eigenvalue problem and observe the eigenvalue behavior, which we use to obtain the order of the stress singularity. For the present geometry of three bodies in contact, a contact between a cracked indenter and half plane is considered. This is a typical geometry of the PCMI problem of a nuclear fuel rod. Thus, this paper, specifically presents the characteristics of the PCMI problem from the perspective of stress singularity. Consequently, it is noted that the behavior of the stress singularity varies with the difference in the crack angle, coefficient of friction, and material dissimilarity, as is observed in a frictional complete contact of two bodies. In addition, we find that the stress singularity changes essentially linearly with respect to the coefficient of friction, regardless of the variation in the crack angle and material dissimilarity. Concurrently, we find the order of singularity to be 0.5 at a certain coefficient of friction, irrespective of the crack angle, which we also observe in the crack problem of a homogeneous and isotropic body. The order of singularity can also exceed 0.5 in the frictional complete contact problem of three bodies. This implies that the propensity for failure when three bodies are in frictional complete contact can be even worse than that in case of a failure induced by a crack.
This study proposes a low-cycle fatigue life derived from measurement points on pipe elbows, which are components that are vulnerable to seismic load in the interface piping systems of nuclear power plants that use seismic isolation systems. In order to quantitatively define limit states regarding leakage, i.e., actual failure caused by low-cycle fatigue, in-plane cyclic loading tests were performed using a sine wave of constant amplitude. The test specimens consisted of SCH40 6-inch carbon steel pipe elbows and straight pipes, and an image processing method was used to measure the nonlinear behavior of the test specimens. The leakage lines caused by low-cycle fatigue and the low-cycle fatigue curves were compared and analyzed using the relationship between the relative deformation angles, which were measured based on each of the measurement points on the straight pipe, and the moment, which was measured at the center of the pipe elbow. Damage indices based on the combination of ductility and dissipation energy at each measurement point were used to quantitatively express the time at which leakage occurs due to through-wall cracking in the pipe elbow.
본 연구에서는 터널의 안정성을 정량적으로 평가하기 위해 지반과 지보재의 파괴를 고려한 터널의 안전율에 대한 개념을 정립하고, 안전율을 계산하는 수치해석기법을 정립하고자 하였다. 안전율을 구하기 위해서 지반이 파괴될 때까지 지반의 강도를 감소시켜가며 반복적으로 해석을 수행하는 전단강도 감소기법을 사용하여 지반의 파괴 및 이에 따른 지보재의 파괴를 고려하여 측압계수 및 암반등급에 따른 터널의 안전율을 구하였다. 이 방법을 사용하면 파괴 활동면을 미리 가정하지 않아도 안전율과 파괴 활동면을 동시에 구할 수 있다. 수치해석은 유한 차분법에 기초를 둔 지반해석 프로그램인 FLA $C^{2D}$(ver 3.3)을 사용하였으며, 해석 결과로부터 소성영역의 분포와 지보재의 응력분포를 확인하였다. 해석 결과 양호한 1등급과 2등급의 암반에서는 안전율이 높게 나타났으며, 암반등급이 저하될수록 안전율은 낮게 계산되었다. 또한 측압계수 0.5인 경우가 측압계수 2.0인 경우보다 안전율이 더 크게 확보되는 것으로 나타났다. 본 연구에서 정의된 안전율은 터널의 안정성을 나타내는 정량적 지표로 사용될 수 있음을 확인하였으며. 소성영역, 숏크리트 응력, 록볼트 축력을 검토함으로써 터널에 설치되는 지보재의 양과 설치 위치를 조정하는데 도움이 될 수 있을 것으로 판단된다.다.
절토사면의 안정과 관련하여 충북 청원군에서 보은군을 가로지르는 국도 25번을 따라 지질구조에 의하여 형성된 여러종류의 사면 파괴유형을 사례 분석을 통하여 해석하고 사면의 불안정성에 영향을 끼치는 요인을 연구하였다. 노두의 발달이 양호한 3 지점을 선정하였으며, 정면적법을 이용하여 불연속면의 방향성, 연장성, 절리의 표면 거칠기 및 암석의 일축압축강도 등 공학적 특성을 분석하였다. 연구지역은 옥천습곡대에 해당되며, 미동산층의 석영편암과 규암과 운교리층의 천매암으로 구성된다 이들 암석은 미약한 변성작용을 받은 변성퇴적암으로 구성되기 때문에 절리구조 이외의 불연속면 즉 편리와 벽개구조 등의 면구조와 습곡작용에 의한 지층의 굴곡현상이 잘 발달되어 있다. 초기의 광역습곡구조와 후기의 중첩습곡구조의 발달에 따른 절리구조의 형성으로 지층의 주향에 평행하거나 수직한 절리군 및 쐐기형 또는 가위형 절리군 등 다양한 형태의 절리가 형성되었으며 절리와 벽개구조 및 층리와 사면의 방향성이 서로 교차하여 여러 종류의 파괴양상을 일으키는 불안정 요인이 되었다. 습곡구조에 의해 사면의 방향과 층리의 방향성이 서로 일치하는 경우 평면파괴를 비롯하여 대규모 파괴를 유발시킬 수 있는 요인이 많았으며, 사면과 층리의 방향성이 서로 고각으로 교차하는 지역에서는 절리군과 벽개의 교차에 의하여 지역적인 소규모의 파괴양상을 보이는 것으로 분석되었다.
본 연구는 철근콘크리트 구조와 강판 콘크리트 구조가 혼합되어 이질접합부가 있는 보형 구조물의 역학적 특성을 평가하기 위하여 수행하였다. 강판콘크리트 구조는 현재 국내와 일본, 미국 등에서 연구가 진행되고 있고, 대규모 산업설비에서 철근콘크리트 구조의 대안으로 실험연구가 수행되고 있다. 본 연구에서는 대규모 철근콘크리트 구조물에 강판 콘크리트 구조를 적용할 경우를 가정하여 보 형태의 구조물에 강판 콘크리트 구조와 철근 콘크리트 구조를 적용하여 이질접합부를 만들고, 면외하중을 파괴 시까지 가력하여 이질접합부를 가진 보형실험체의 휨 내력 및 구조특성을 평가하기 위하여 실험연구를 수행하였다.
Composite steel plate deep beam (CDB) is proposed as a lateral resisting member, which is constructed by steel plate and reinforced concrete (RC) panel, and it is connected with building frame through high-strength bolts. To investigate the seismic performance of the CDB, tests of two 1/3 scaled specimens with different length-to-height ratio were carried out under cyclic loads. The failure modes, load-carrying capacity, hysteretic behavior, ductility and energy dissipation were obtained and analyzed. In addition, the nonlinear finite element (FE) models of the specimens were established and verified by the test results. Besides, parametric analyses were performed to study the effect of length-to-height ratio, height-to-thickness ratio, material type and arrangement of RC panel. The experimental and numerical results showed that: the CDBs lost their load-carrying capacity because of the large out-of plane deformation and yield of the tension field formed on the steel plate. By increasing the length-to-height ratio of steel plate, the load-carrying capacity, elastic stiffness, ductility and energy dissipation capacity of the specimens were significantly enhanced. The ultimate loading capacity increased with increasing the length-to-height ratio of steel plate and yield strength of steel plate; and such capacity increased with decreasing of height-to-thickness ratio of steel plate and gap. Finally, a unified formula is proposed to calculate their ultimate loading capacity, and fitting formula on such indexes are provided for designation of the CDB.
Masonry walls are sometimes removed in buildings to either make new passages or increase the usable space. This may change the loading paths in the structure, and require new beams to transfer the loads which are carried by the masonry walls that are to be removed. One possible method of creating such new beams is to attach steel plates onto part of the existing walls to form a steel plate-masonry composite (SPMC) beam, leading to a new structure with part of the masonry wall supported by a new SPMC beam. This paper presents an experimental investigation into the interaction between the SPMC beam and the masonry wall above. Five SPMC beams supporting a masonry wall were tested to study the influence of parameters including the height-to-span ratio of the masonry wall, height of the beam and thickness of the steel plates. The test results, including failure mode, load-carrying capacity, load-deflection curves and strain distribution, are presented and discussed. It is found that for developing better arching effect in the masonry wall the ratio of the in-plane flexural stiffness of the masonry wall to the flexural stiffness of the SPMC beam must be between 2.8 and 7.1.
The objective of this finite element method study was to analyze the stress distribution induced in a maxillary central incisor Ni-Cr base metal coping ceramic crowns with various margin design. Margin designs of crown in this experiment were knife-edge metal margin on chamfer finishing line of tooth preparation(M1), butt metal margin on shoulder finishing line(M2), reinforced butt metal margin on shoulder finishing line(M3), beveled metal margin on bevelde shoulder finishing line(M4). Two- dimensional finite element models of crown designs were subjected to a simulated biting force of 100N which was forced over porcelain near the lingual incisal edge. Base on plane stress analysis, the maxium von Miss stresses(Mpa) in porcelain venner was 0.432, in metal coping was 0.579, in dentin abutment was 0.324 for M1 model, and M2 model revealed in porcelain was 0.556, in metal coping was 0.511, in dentin was 0.339, and M3 model revealed in porcelain was 0.556, in metal coping was 0.794, in dentin was 0.383 for M4 model. All values of each material in metal-ceramic crown were much below the critical failure values.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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