Nho, In Sik;Lee, Jae-Man;Oh, Young-Taek;Kim, Sung-Chan
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.53
no.2
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pp.85-91
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2016
The most important factor in the structural design of ships and offshore structures operating in arctic region is ice load, which results from ice-structure interaction during the ice collision process. The mechanical properties of ice related to strength and failure, however, show very complicated aspect varying with temperature, volume fraction of brine, grain size, strain rate and etc. So it is nearly impossible to establish a perfect material model of ice satisfying all the mechanical characteristics completely. Therefore, in general, ice collision analysis was carried out by relatively simple material models considering only specific aspects of mechanical characteristics of ice and it would be the most significant cause of inevitable errors in the analysis. Especially, it is well-known that the most distinctive mechanical property of ice is high dependency on strain rate. Ice shows brittle attribute in higher strain rate while it becomes ductile in lower strain rate range. In this study, the simulation method of ice collision to ship hull using the nonlinear dynamic FE analysis was dealt with. To consider the strain rate effects of ice during ice-structural interaction, strain rate dependent constitutive model in which yield stress and hardening behaviors vary with strain rate was adopted. To reduce the huge amount of computing time, the modeling range of ice and ship structure were restricted to the confined region of interest. Under the various scenario of ice-ship hull collision, the structural behavior of hull panels and failure modes of ice were examined by nonlinear FE analysis technique.
In this study, product design and prototype manufacturing of a plastic water-pump pulley has been tried. The designed model is supposed to be made of 33 % glass reinforced resin of which the tensile strength is 180 MPa, and has 24 ribs on each side to increase its structural strength. Structural analysis under a static load of 300 kgf acting on both edges of the belt has been carried out using a commercial finite element code, MARC. The analysis result showed the maximum effective stress near a rib of designed model would be at most 35 MPa (less than 20% of the tensile strength), therefore, the plastic product would be sufficiently safe under that loading condition. On the basis of the structural analysis, a prototype of the designed model has been manufactured by using the fused deposition modelling (FDM) method which is one of the rapid prototyping (RP) methods, using ABS resin and support materials. The CAD data exported to the RP system in STL format was prepared by a commercial solid modeling software, SolidWorks. It has been proved that the plastic pulley can successfully replace the existing flow-formed steel product.
The Journal of the Convergence on Culture Technology
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v.5
no.2
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pp.355-360
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2019
In this study, the structural stability of the railway level crossing system using rubber panel for high speed lines was investigated by applying the specification for wind load conditions (Train gust) of high speed train (300km/h and 360km/h). A finite element analysis using three-dimensional modeling was carried out by applying the field conditions that was installed with the complicated configuration of the rubber plate panel system. As a result of this study, the structural stability of the rubber plate panel system for high speed train gust was analytically verified.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.17
no.1
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pp.29-36
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2016
Tensairity girder is a light weight inflatable fabric structural concept which can be used in road emergency transportation. It uses low pressure air to stabilize compression elements against buckling. With the purpose of obtaining the comprehensive target of minimum deflection and weight under ultimate load, the cross-section and the inner pressure of tensairity girder was optimized in this paper. The Variable Complexity Modeling (VCM) method was used in this paper combining the Kriging approximate method with the Finite Element Analysis (FEA) method, which was implemented by ABAQUS. In the Kriging method, the sample points of the surrogate model were outlined by Design of Experiment (DOE) technique based on Optimal Latin Hypercube. The optimization framework was constructed in iSIGHT with a global optimization method, Multi-Island Genetic Algorithm (MIGA), followed by a local optimization method, Sequential Quadratic Program (SQP). The result of the optimization gives a prominent conceptual design of the tensairity girder, which approves the solution architecture of VCM is feasible and efficient. Furthermore, a useful trend of sensitivity between optimization variables and responses was performed to guide future design. It was proved that the inner pressure is the key parameter to balance the maximum Von Mises stress and deflection on tensairity girder, and the parameters of cross section impact the mass of tensairity girder obviously.
Gulsan, Mehmet Eren;Albegmprli, Hasan M.;Cevik, Abdulkadir
Structural Engineering and Mechanics
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v.66
no.4
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pp.423-438
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2018
This pioneer study focuses on finite element modeling and numerical modeling of three types of Reinforced Concrete Haunched Beams (RCHBs). Firstly, twenty RCHBs, consisting of three types, and four prismatic beams which had been tested experimentally were modeled via a nonlinear finite element method (NFEM) based software named as, ATENA. The modeling results were compared with experimental results including load capacity, deflection, crack pattern and mode of failure. The comparison showed a good agreement between the results and thus the model used can be effectively used for further studies of RCHB with high accuracy. Afterwards, new mechanism modes and design code equations were proposed to improve the shear design equation of ACI-318 and to predict the critical effective depth. These equations are the first comprehensive formulas in the literature involving all types of RCHBs. The statistical analysis showed the superiority of the proposed equation to their predecessors where the correlation coefficient, $R^2$ was found to be 0.89 for the proposed equation. Moreover, the new equation was validated using parametric and reliability analyses. The parametric analysis of both experimental and predicted results shows that the inclination angle and the compressive strength were the most influential parameters on the shear strength. The reliability analysis indicates that the accuracy of the new formulation is significantly higher as compared to available design equations and its reliability index is within acceptable limits.
Ferrotto, Marco F.;Cavaleri, Liborio;Trapani, Fabio Di
Computers and Concrete
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v.22
no.2
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pp.143-152
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2018
This paper deepens the finite element modeling (FEM) method to reproduce the compressive behavior of partially steel-jacketed (PSJ) RC columns by means of the Concrete Damaged Plasticity (CDP) Model available in ABAQUS software. Although the efficiency of the CDP model is widely proven for reinforced concrete columns at low confining pressure, when the confinement level becomes high the standard plasticity parameters may not be suitable to obtain reliable results. This paper deals with these limitations and presents an analytically based strategy to fix the parameters of the Concrete Damaged Plasticity (CDP) model. Focusing on a realistic prediction of load-bearing capacity of PSJ RC columns subjected to monotonic compressive loads, a new strain hardening/softening function is developed for confined concrete coupled with the evaluation of the dilation angle including effects of confinement. Moreover, a simplified efficient modeling approach is proposed to take into account also the response of the steel angle in compression. The prediction accuracy from the current model is compared with that of existing experimental data obtained from a wide range of mechanical confinement ratio.
The comprehension and structural modeling of masonry constructions is fundamental to safeguard the integrity of built cultural assets and intervene through adequate actions, especially in earthquake-prone regions. Despite the availability of several modeling strategies and modern computing power, modeling masonry remains a great challenge because of still demanding computational efforts, constraints in performing destructive or semi-destructive in-situ tests, and material uncertainties. This paper investigates the shear behavior of masonry walls by applying a plane-stress FE continuum model with the Modified Masonry-like Material (MMLM). Epistemic uncertainty affecting input parameters of the MMLM is considered in a probabilistic framework. After appointing a suitable probability density function to input quantities according to prior engineering knowledge, uncertainties are propagated to outputs relying on gPCE-based surrogate models to considerably speed up the forward problem-solving. The sensitivity of the response to input parameters is evaluated through the computation of Sobol' indices pointing out the parameters more worthy to be further investigated, when dealing with the seismic assessment of masonry buildings. Finally, masonry mechanical properties are calibrated in a probabilistic setting with the Bayesian approach to the inverse problem based on the available measurements obtained from the experimental load-displacement curves provided by shear compression in-situ tests.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.7
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pp.921-927
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2013
The performance estimation of a landing gear with uncertain parameters is presented. In actual use, many parameters can have certain degrees of variations that affect the energy absorbing performance. For example, the shock strut gas pressure, oil volume, tire pressure, and temperature can deviate from their nominal values. The objective function in this study is the ground reaction during touchdown, which is a function of the abovementioned parameters and time. To consider the uncertain properties, convex modeling and interval analysis are used to calculatethe objective function. The numerical results show that the ground reaction characteristics are quite different from those of the deterministic method. The peak load, which affects the efficiency and structural integrity, is increases considerably when the uncertainties are considered. Therefore, it is important to consider the uncertainties, and the proposed methodology can serve as an efficient method to estimate the effect of such uncertainties.
A compression to tensile load transforming (CTT) device was developed to determine indirect tensile strength of concrete material. Before CTT test, Particle flow code was used for the determination of the standard dimension of physical samples. Four numerical models with different dimensions were made and were subjected to tensile loading. The geometry of the model with ideal failure pattern was selected for physical sample preparation. A concrete slab with dimensions of $15{\times}19{\times}6cm$ and a hole at its center was prepared and subjected to tensile loading using this special loading device. The ratio of hole diameter to sample width was 0.5. The samples were made from a mixture of water, fine sand and cement with a ratio of 1-0.5-1, respectively. A 30-ton hydraulic jack with a load cell applied compressive loading to CTT with the compressive pressure rate of 0.02 MPa per second. The compressive loading was converted to tensile stress on the sample because of the overall test design. A numerical modeling was also done to analyze the effect of the hole diameter on stress concentrations of the hole side along its horizontal axis to provide a suitable criterion for determining the real tensile strength of concrete. Concurrent with indirect tensile test, the Brazilian test was performed to compare the results from two methods and also to perform numerical calibration. The numerical modeling shows that the models have tensile failure in the sides of the hole along the horizontal axis before any failure under shear loading. Also the stress concentration at the edge of the hole was 1.4 times more than the applied stress registered by the machine. Experimental Results showed that, the indirect tensile strength was clearly lower than the Brazilian test strength.
A new computational approach for the rain load on the transmission tower is presented to obtain the responses of system subjected to the wind and rain combined excitations. First of all, according to the similarity theory, the aeroelastic modeling of high-voltage transmission tower is introduced and two kinds of typical aeroelastic models of transmission towers are manufactured for the wind tunnel tests, which are the antelope horn tower and pole tower. And then, a formula for the pressure time history of rain loads on the tower structure is put forward. The dynamic response analyses and experiments for the two kinds of models are carried out under the wind-induced and wind-rain-induced actions with the uniform and turbulent flow. It has been shown that the results of wind-rain-induced responses are bigger than those of only wind-induced responses and the rain load influence on the transmission tower can't be neglected during the strong rainstorm. The results calculated by the proposed method have a good agreement with those by the wind tunnel test. In addition, the wind-rain-induced responses along and across the wind direction are in the same order of response magnitude of towers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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