Fire incident in buildings is common, so the fire safety design of the framed structure is imperative, especially for the unprotected or partly protected bare steel frames. However, software for structural fire analysis is not widely available. As a result, the performance-based structural fire design is urged on the basis of using user-friendly and conventional nonlinear computer analysis programs so that engineers do not need to acquire new structural analysis software for structural fire analysis and design. The tool is desired to have the capacity of simulating the different fire scenarios and associated detrimental effects efficiently, which includes second-order P-D and P-d effects and material yielding. Also the nonlinear behaviour of large-scale structure becomes complicated when under fire, and thus its simulation relies on an efficient and effective numerical analysis to cope with intricate nonlinear effects due to fire. To this end, the present fire study utilizes a second-order elastic/plastic analysis software NIDA to predict structural behaviour of bare steel framed structures at elevated temperatures. This fire study considers thermal expansion and material degradation due to heating. Degradation of material strength with increasing temperature is included by a set of temperature-stress-strain curves according to BS5950 Part 8 mainly, which implicitly allows for creep deformation. This finite element stiffness formulation of beam-column elements is derived from the fifth-order PEP element which facilitates the computer modeling by one member per element. The Newton-Raphson method is used in the nonlinear solution procedure in order to trace the nonlinear equilibrium path at specified elevated temperatures. Several numerical and experimental verifications of framed structures are presented and compared against solutions in literature. The proposed method permits engineers to adopt the performance-based structural fire analysis and design using typical second-order nonlinear structural analysis software.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.9
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pp.1562-1570
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2003
The prediction of the inelastic behavior of the structure is an essential part of reliability assessment procedure, because most of the failures are induced by the inelastic deformation, such as creep and plastic deformation. During decades, there has been much progress in understanding of the inelastic behavior of the materials and a lot of inelastic constitutive equations have been developed. The complexity of these constitutive equations generally requires a stable and accurate numerical method. The radial return mapping is one of the most robust integration scheme currently used. Nonlinear kinematic hardening model of Armstrong-Fredrick type has recovery term and the direction of kinematic hardening increment is not parallel to that of plastic strain increment. In this case, The conventional radial return mapping method cannot be applied directly. In this investigation, we expanded the radial return mapping method to consider the nonlinear kinematic hardening model and implemented this integration scheme into ABAQUS by means of UMAT subroutine. The solution of the non-linear system of algebraic equations arising from time discretization with the generalized midpoint rule is determined using Newton method and bisection method. Using dynamic yield condition derived from linearization of flow rule, the integration scheme for elastoplastic and viscoplastic constitutive model was unified. Several numerical examples are considered to demonstrate the efficiency and applicability of the present method.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.5
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pp.8-14
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2021
Post-tensioned prestressed concrete members experience immediate prestress losses as well as time-dependent prestress losses such as creep, dry shrinkage and relaxation. In addition, the stress of the upper and lower parts of the member changes due to the change in dead load due to the replacement of the upper slab and/or pavement. Such changes in fiber stress may affect the safety of the member, and it is necessary to adjust the prestressing force. Therefore, in this study, a screw type of re-tensioning post-tension kit is proposed, and it is verified that the safety against load and the stability against strain are satisfied through the load transfer test specified in EAD160004 and KCI-PS101.
Kim, Dong-Hyun;Hong, Jong-Dae;Kim, Hyochan;Kim, Jaeyong;Kim, Hak-Sung
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.5
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pp.1549-1559
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2022
As an accident tolerant fuel (ATF) concept, oxide dispersion strengthened Zircaloy-4 (ODS Zry-4) cladding has been developed to enhance the mechanical properties of cladding using laser processing technology. In this study, a simulation technique was established to investigate the mechanical properties and effects of Y2O3 particles for the ODS Zry-4. A 3D representative volume element (RVE) model was developed considering the parameters of the size, shape, distribution and volume fraction (VF) of the Y2O3 particles. From the 3D RVE model, the Young's modulus, coefficient of thermal expansion (CTE) and creep strain rate of the ODS Zry-4 were effectively calculated. It was observed that the VF of Y2O3 particles had a significant effect on the aforementioned mechanical properties. In addition, the predicted properties of ODS Zry-4 were applied to a simulation model to investigate cladding deformation under a transient condition. The ODS Zry-4 cladding showed better performance, such as a delay in large deformation compared to Zry-4 cladding, which was also found experimentally. Accordingly, it is expected that the simulation approach developed here can be efficiently employed to predict more properties and to provide useful information with which to improve ODS Zry-4.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2008.10a
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pp.1115-1123
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2008
When constructing projects such as road embankments, bridge approaches, dikes or buildings on soft, compressible soils, significant settlements may occur due to the consolidation of these soils under the superimposed loads. The compressibility of the soil skeleton of a soft clay is influenced by such factors as structure and fabric, stress path, temperature and loading rate. Although it is possible to determine appropriate relations and the corresponding material parameters in the laboratory, it is well known that sample disturbance due to stress release, temperature change and moisture content change can have a profound effect on the compressibility of a clay. The early research of Tezaghi and Casagrande has had a lasting influence on our interpretation of consolidation data. The 24 hour, incremental load, oedometer test has become, more or less, the standard procedure for determining the one-dimensional, stress-strain behavior of clays. An important notion relates to the interpretation of the data is the ore-consolidation pressure ${\sigma}_p$, which is located approximately at the break in the slope on the curve. From a practical point of view, this pressure is usually viewed as corresponding to the maximum past effective stress supported by the soil. Researchers have shown, however, that the value of ${\sigma}_p$ depends on the test procedure. furthermore, owing to sampling disturbance, the results of the laboratory consolidation test must be corrected to better capture the in-situ compressibility characteristics. The corrections apply, strictly speaking, to soils where the relation between strain and effective stress is time independent. An important assumption in Terzaghi's one-dimensional theory of consolidation is that the soil skeleton behaves elastically. On the other hand, Buisman recognized that creep deformations in settlement analysis can be important. this has led to extensions to Terzaghi's theory by various investigators, including the applicant and coworkers. The main object of this study is to suggestion the modified compression index value to predict settlements by back calculating the $C_c$ from different numerical models, which are giving best prediction settlements for multi layers including very thick soft clay.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.18
no.2
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pp.17-27
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2011
This paper describes an experimental study and finite element analysis (FEA) carried out for investigating thermal deformation behavior of solders, resulting from temperature change in the solder. With such a goal in mind, a shear specimen that was composed of two metal bars having different coefficient of thermal expansion and solder blocks placed between two bars was designed and fabricated. Two different types of solder blocks, eutectic solder (Sn/36Pb/ 2Ag) and lead-free solder (Sn/3.0Ag/0.5Cu) were tested as well. Fringe patterns for several temperature steps were recorded and analyzed for three temperature cycles using a real-time moir$\acute{e}$ setup. The experimental data was verified with FEA and used to evaluate the suitability for numerous solder constitutive models available in literatures. FEA employing Anand material model suggested by Darveaux et al. and Chang et al. were found to be in an excellent agreement with the experimental results for the eutectic solder and the lead-free solder, respectively. In addition, numerical predictions on bending displacement, shear strain and viscoplastic distortion energy are documented and viscoplastic deformation behavior of two types of solder material are compared.
To evaluate the practical application of oyster shells(OS) as construction materials, an experimental study was performed. More specifically, the long-term mechanical properties and durability of concrete blended with oyster shells were investigated. Test results indicate that long-term strength of concrete blended with 10% oyster shells is almost identical to that of normal concrete. However, the long-term strength of concrete blended with 20% oyster shells is appreciably lower than that of normal concrete. Thereby, concrete with higher oyster shell blend has the possibility of negatively influencing the concrete long-term strength. Elastic modulus of concrete blended with crushed oyster shells decreases as the blending mixture rate increases. Namely, the modulus is reduced to approximately 10∼15% when oyster shells are blended up to 20% as the fine aggregate. The drying shrinkage strain increases with an increasing crushed oyster shells substitution rate. In addition, the existing model code of drying shrinkage and creep do not coincide with the test results of this study. An adequate prediction equation needs to be developed. The utilization of oyster shells as the fine aggregate in concrete has an insignificant effect on fleering and thawing resistance, carbonation and chemical attack of concrete. However, water permeability is considerably improved.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.12
no.3
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pp.11-20
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2008
In this paper, the characteristics of low hardness high damping rubber bearings(HDRB) were studied through various prototype tests. The low hardness HDRB were tested to evaluate vertical stiffness, shear stiffness, equivalent damping ratio, various dependencies of shear properties, ultimate shear properties and other factors. The prototype test was performed according to the specifications of ISO 22762-1, and evaluated according to the specifications of ISO 22762-3. The results of the prototype test showed that shear strain and temperature were the factors that most greatly influenced shear stiffness, and that compressive stress was the factor that most greatly influenced the equivalent damping ratio. The frequency dependence test of shear properties showed that two general tendencies of frequency dependence could be observed. At frequencies over 0.1Hz, the changes in shear properties were small. However, at frequencies under 0.1Hz, the changes in shear properties rapidly decreased. The creep test and the ultimate shear test were also performed, and both of them satisfied the requirements of ISO 22762-3.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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