Analogue physical modelling using granular materials (i.e., sandbox experiments) has been applied with great success to a number of geological problems at various scales. Such physical experiments can also be simulated numerically with the Discrete Element Method (DEM). In this study, we apply the DEM simulation to the collision between the Indian subcontinent and the Eurasian Plate, one of the most significant current tectonic processes in the Earth. DEM simulation has been applied to various kinds of dynamic modelling, not only in structural geology but also in soil mechanics, rock mechanics, and the like. As the target of the investigation is assumed to be an assembly of many tiny particles, DEM simulation makes it possible to treat an object with large and discontinuous deformations. However, in DEM simulations, we often encounter difficulties when we examine the validity of the input parameters, since little is known about the relationship between the input parameters for each particle and the properties of the whole assembly. Therefore, in our previous studies (Yamada et al.,2002a,2002b,2002c), we were obliged to tune the input parameters by trial and error. To overcome these difficulties, we introduce a numerical biaxial test with the DEM simulation. Using the results of this numerical test, we examine the validity of the input parameters used in the collision model. The resulting collision model is quite similar to the real deformation observed in eastern Asia, and compares well with GPS data and in-situ stress data in eastern Asia.
Forces exerted on a shield TBM (tunnel boring machine) such as cutter head torque, thrust force, chamber pressure, and upward force are key factors determining TBM performance. However, the forces acting on the TBM when tunnelling the mixed ground have different tendencies compared to that of the uniform ground, which could impair TBM performance. In this study, the effect of mixed ground tunnelling was numerically investigated with torque, thrust force, chamber pressure, and upward force. A coupled discrete element method (DEM) and finite difference method (FDM) model for TBM driving model was used. This numerical study simulates TBM tunnelling in mixed ground composed of upper weathered granite soil and lower weathered rock. The effect on the force acting on the TBM according to the location and slope of the boundary of the mixed ground was numerically examined.
Bo Min Bae;Dae Wi Jung;Dong Hyung Ryu;Jang Hyeon An;Se O Choi;Yeon Soo Kim;Sang Dae Lee;Seung Je Cho
Journal of Drive and Control
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v.20
no.4
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pp.115-122
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2023
This study utilized a discrete element method (DEM) simulation, as one of the virtual field trials, to predict the impact of tillage depth on the rotary blade shaft during rotavator tilling. The virtual field for the simulation was generated according to soil properties observed in an actual field. Following the generation of particles for the virtual field, a sequence of calibration steps followed to align the mechanical properties more closely with those of real soil. Calibration was conducted with a focus on bulk density and shear torque, resulting in calibration errors of just 0.02% for bulk density and 0.52% for shear torque. The prediction of the load on a rotary tiller's blade shaft involved a three-pronged approach, considering shaft torque, draft force, and vertical force. In terms of shaft torque, the values exhibited significant increases of 42.34% and 36.91% for every 5-centimeter increment in tillage depth. Similarly, the vertical force saw substantial growth by 40.41% and 36.08% for every 5-centimeter increment. In contrast, the variation in draft force based on tillage depth was comparatively lower at 18.49% and 0.96%, indicating that the effect of tillage depth on draft force was less pronounced than its impact on shaft torque and vertical force. From a perspective of agricultural machinery research, this study provides valuable insights into the DEM soil modeling process, accounting for changes in soil properties with varying tillage depths. These findings are expected to be instrumental in future agricultural machinery design studies.
Kim, Sung-Su;Jung, Young-Hoon;Kim, Soo-Il;Lee, Kwang-Wu
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2010.09a
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pp.1130-1141
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2010
Even though a number of historic structures in Korea need to be repaired, an intensive research on their engineering performance has rarely been investigated. Herein, we attempted to provide a methodological approach via the explicit finite element analysis to investigate geotechnical aspect of the performance of the dry-stone wall structures. To do so, we summarized relevant literature on the world-wide historic stone structures as well as its analysis in terms of modern geotechnical engineering. The method of the explicit finite element analysis has been briefly summarized. The numerical results on an idealized block structure show that the displacement of blocks and the distribution of earth pressure is different from the conventional theory of the retaining wall because of the discrete nature of the dry-stone wall structure.
Kim, Shi-Hwan;Yoon, Seong-Soo;Park, Jin-Seon;Jeon, Jeong-Bae
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.53
no.6
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pp.153-163
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2011
This research describe improved algorithm that is able to decide terminal criterion of Evolutionary Structural Optimization (ESO), reducing load of calculation to search load path of concrete beam, and apply to agricultural facilities. The ESO method is that make to discrete structure, structural analyze each element stress through FEM. And repeat generation with next material condition to become for most suitable composing. Individual element introduces concept of zero stiffness, but zero stiffness decisions are gone to direction of exclusion. In this stduy, improve algorithm to be convergence by 'Rule of Alive or Die' in arrival because is most suitable. Also, existing terminal criterion lack consistency because that used depend on experience of researcher. This research procedure is fellowed. First, all modulus of elasticity assume a half of elasticity modulus of material, Second, structural analysis by FEM, Third, apply to the remove ratio and restoration ratio for the 'rule of alive or die'. Forth, reconstruct the element and material conditions. And repeat the first to forth process. The terminal time of evolutional procedure is the all elastic modulus of element changed to blank value or elasticity modulus value of original. Therefore, in this study, consist the algorithm for programming, and apply to the agricultural facilities with concrete.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.7
no.5
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pp.27-35
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2007
This study presents a non -prismatic beam element for modeling the elastic and inelastic behavior of the steel beam, which has the post-Northridge connections in steel moment frames that are subjected to earthquake ground motions. The elastic stiffness matrix for non-prismatic members with reduced beam section (RES) connection is in the closed-form. The plasticity model is of a discrete type and is composed of a series of nonlinear hinges connected by rigid links. The hardening rules can model the inelastic behavior for monotonic and random cyclic loading, and the effects of local buckling. Verification and calibration of the model are presented in a companion paper.
This paper presents the convected material frame approach to study the nonlinear behavior of inelastic frame structures. The convected material frame approach is a modification of the co-rotational approximation by incorporating an adaptive convected material frame in the basic definition of the displacement vector and strain tensor. In the formulation, each discrete element is associated with a local coordinate system that rotates and translates with the element. For each load increment, the corresponding strain-displacement and nodal force-stress relationships are defined in the updated local coordinates, and based on the updated element geometry. The rigid body motion and deformation displacements are decoupled for each increment. This modified approach incorporates the geometrical nonlinearities through the continuous updating of the material frame geometry. A generalized nonlinear function is used to derive the inelastic constitutive relation and the kinematic hardening is considered. The equation of motion is integrated by an explicit procedure and it involves only vector assemblage and vector storage in the analysis by assuming a lumped mass matrix of diagonal form. Several numerical examples are demonstrated in close agreement with the solutions obtained by the ANSYS code. Numerical studies show that the proposed approach is capable of investigating large deflection of inelastic planar structures and providing an excellent numerical performance.
A form-finding technique is proposed for three-dimensional spatial structures. Two-step discrete finite element (FE) mesh generator based on computer aided geometric design (CAGD) is introduced and used to control the shape of three-dimensional spatial structures. Mathematical programming technique is adopted to search new forms (or shapes) of spatial structures. For this purpose, the strain energy is introduced as the objective function to be minimized and the initial volume (or the initial weight) is considered as constraint function. Numerical examples are carried out to test the capability of the proposed form-finding techniques and provided as benchmark tests.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.3
no.1
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pp.1-15
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1999
Gradient recovery techniques for the second order elliptic boundary value problem are well known. In particular, the Midpoint and the Vertex Recovery Operator have been studied by various authors and under suitable assumptions on the regularity of the unknown solution superconvergence property of these recovered gradients have been proved. In this paper we extend these results to the recovered gradient of the finite element approximation to a model initial-boundary value problem, and go on to prove superconvergence result for this recovered gradient in a discrete (in time) error norm.
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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2016.05a
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pp.69-70
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2016
선박과 유빙의 충돌로 발생하는 빙하중은 선체의 구조강도 문제뿐만 아니라 선박의 속력감소 및 조종운동에도 영향을 미친다. 이 연구에서는 DEM (Discrete Element Method) 기법을 이용하여 유빙을 항해하는 선박의 조종성능 평가를 위한 수치 시뮬레이션 프로그램을 개발한다. 여러가지 유빙 조건에서 선회성 시험 및 10/10 지그재그 시험을 시뮬레이션하여, 유빙의 상태가 선박의 조종성능에 미치는 영향을 파악한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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