Park, Duhee;Lee, Tae-Hyung;Kim, Hansup;Park, Jeong-Seon
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.18
no.2
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pp.119-128
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2016
In a performance-based design, the structural safety is estimated from pre-defined damage states and corresponding damage indices. Both damage states and damage indices are well defined for above-ground structures, but very limited studies have been performed on underground structures. In this study, we define the damage states and damage indices of a cut-and-cover box tunnel which is one of typical structures used in metro systems, under a seismic excitation from a series of inelastic frame analyses. Three damage states are defined in terms of the number of plastic hinges that develop within the structure. The damage index is defined as the ratio of the elastic moment to the yield moment. Through use of the proposed index, the inelastic behavior and failure mechanism of box tunnels can be simulated and predicted through elastic analysis. In addition, the damage indices are linked to free-field shear strains. Because the free-field shear strain can be easily calculated from a 1D site response analysis, the proposed method can be readily used in practice. Further studies are needed to determine the range of shear strains and associated uncertainties for various types of tunnels and site profiles. However, the inter-linked platform of damage state - damage index - shear wave velocity - shear strain provides a novel approach for estimating the inelastic response of tunnels, and can be widely used in practice for seismic designs.
The ship plating is generally subjected to. combined in-plane load and lateral pressure loads, In-plane loads include axial load and edge shear, which are mainly induced by overall hull girder bending and torsion of the vessel. Lateral pressure is due to. water pressure and cargo. These load components are nat always applied simultaneously, but mare than one can normally exist and interact. Hence, far mare rational and safe design of ship structures, it is af crucial importance to. better understand the interaction relationship af the buckling and ultimate strength far ship plating under combined loads. Actual ship plates are subjected to relatively small water pressure except far the impact load due to. slamming and panting etc. The present paper describes an accurate and fast procedure for analyzing the elastic-plastic large deflection behavior up to. the ultimate limit state of ship plates under combined loads. In this paper, the ultimate strength characteristics of plates under axial compressive loads and lateral pressure loads are investigated through ANSYS elastic-plastic large deflection finite element analysis with varying lateral pressure load level.
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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v.29
no.1
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pp.61-67
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2005
The ship plating is generally subjected to combined in-plane load and lateral pressure loads. In-plane loads include axial load and edge shear, which are mainly induced by overall hull ginder bending and torsion of the vessel. Lateral pressure is due to water pressure and cargo. These load components are not always applied simultaneously, but more than one can normally exist and interact. Hence, for more rational and safe design of ship structures, it is of crucial importance to better understand the interaction relationship of the buckling and ultimate strength for ship plating under combined loads. Actual ship plates are subjected to relatively small water pressure except for the impact load due to slamming and panting etc. The present paper describes an accurate and fast procedure for analyzing the elastic-plastic large deflection behavior up to the ultimate limit state of ship plates under combined loads. In this paper, the ultimate strength characteristics of plates under axial compressive loads and lateral pressure loads are inverstigated through ANSYS elastic-plastic large deflection finite element analysis with varying lateral pressure load level.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.19
no.4
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pp.567-576
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2017
In a performance-based design, the structural safety is estimated from pre- defined damage states and corresponding damage indices. Both damage states and damage indices are well defined for above-ground structures, but very limited studies have been performed on underground structures. In this study, we define the damage states and damage indices of a cut-and-cover box tunnel which is one of typical structures used in metro systems, under a seismic excitation from a series of inelastic frame analyses. Three damage states are defined in terms of the number of plastic hinges that develop within the structure. The damage index is defined as the ratio of the elastic moment to the yield moment. Through use of the proposed index, the inelastic behavior and failure mechanism of box tunnels can be simulated and predicted through elastic analysis. In addition, the damage indices are linked to free-field shear strains. Because the free-field shear strain can be easily calculated from a 1D site response analysis, the proposed method can be readily used in practice. Further studies are needed to determine the range of shear strains and associated uncertainties for various types of tunnels and site profiles. However, the inter-linked platform of damage state - damage index - shear wave velocity - shear strain provides a novel approach for estimating the inelastic response of tunnels, and can be widely used in practice for seismic designs.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.48
no.9
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pp.663-670
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2020
A study on mechanical property characterization and modeling technique was carried out to approximate the behaviour of structures with 2.5D C/SiC material. Several tensile tests were performed to analyze the behaviour characteristics of the 2.5D C/SiC material and elastic property was characterized by applying a mathematical homogenization and a modified rule of mixture. SiC matrix representing the elasto-plastic behavior approximates as a bilinear function. Then the equivalent yield strength and equivalent plastic stiffness were calculated by minimizing errors in experiment and approximation. RVE(Representative Volume Element)was defined from the fiber and matrix configuration of 2.5D C/SiC and a process of calculating the effective stiffness matrix by applying the modified rule of mixture to RVE was implemented in the ABAQUS User-defined subroutine. Finite element analysis was performed by applying the mechanical properties of fiber and matrix calculated based on the proposed process, and the results were in good agreement with the experimental results.
In this study, the explicit numerical algorithm was proposed to simulate the stress erection process and ultimate-load analysis of the strarch (stressed arch) system. The strarch system is a unique and innovative structural system and member prestress comprising prefabricated plane truss frames erected through a post-tensioning stress erection procedure. The flexible bottom chord, which has sleeve and gap details, is closed by the reaction force of the prestressing tendon. The prestress imposed on the tendon will enable the strarch system to be erected. This post-tensioning process is called "stress erection process." During this process, plastic rigid-body rotation occurs to the flexible top chord due to the excessive amount of plastic strain, and the structural characteristic is unstable. In this study, the dynamic relaxation method (DRM) was adopted to calculate the nonlinear equilibrium equation of the system, and a displacement-based finite-element-formulated filament beam element was used to simulate the nonlinear behavior of the top chord sections of the strarch system. The section of the filament beam element was composed by the amount of filaments, which can be modeled by various material models. The Ramberg-Osgood and bilinear kinematic elastic plastic material models were formulated for the nonlinear material behaviors of the filaments. The numerical results that were obtained in the present study were compared with the experiment results of the stress erection and with the results of the ultimate-load analysis of the strarch unit frame. The results of the present studies are in good agreement with the previous experiment results, and the explicit DRM enabled the analysis of the post-buckling behaviors of the strarch unit frame.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.26
no.6
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pp.423-430
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2013
In this research, a paramteric study to account for the effect of interfacial strength and nanotube agglomeration on the elastoplastic behavior of carbon nanotube reinforced polypropylene composites is performed. At first, the elastoplastic behavior of nanocomposites is predicted from molecular dynamics(MD) simulations. By combining the MD simulation results with the nonlinear micromechanics model based on the Mori-Tanaka model, a two-step domain decomposition method is applied to inversely identify the elastoplastic behavior of adsorption interphase zone inside nanocomposites. In nonlinear micromechanics model, the secant moduli method combined with field fluctuation method is used to predict the elastoplastic behavior of nanocomposites. To account for the imperfect material interface between nanotube and matrix polymer, displacement discontinuity condition is applied to the micromechanics model. Using the elastoplastic behavior of the adsorption interphase zone obtained from the present study, stress-strain relation of nanocomposites at various interfacial bonding condition and local nanotube agglomeration is predicted from nonlinear micromechanics model with and without the adsorption interphase zone. As a result, it has been found that local nanotube agglomeration is the most important design factor to maximize reinforcing effect of nanotube in elastic and plastic behavior.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.8
no.1
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pp.159-164
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1988
The directions of the principal strain increment, stress, and stress increment during rotation of the principal stress axes at any stress level was studied for $K_0$-consolidated clay using torsion shear apparatus with individual control of the vertical stress, the confining pressure, and the shear stress on hollow cylinder specimens under undrained and drained condition. The torsion shear tests were performed according to predetermined stress-paths, which were chosen to cover over the full range of rotation of principal stress axes. The test results indicated that the strain increment vectors at failure coincided with the stress vectors. That is, the direction of strain increment coincided with the direction of stress increment at small stress levels and with the direction of stress at higher stress levels, which indicated that the behavior of clay was transfered from elastic to plastic as the stress level was increased. The applicability of the elastoplastic theory for modeling of the behavior of clay during rotation of the principal stress axes was given.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.33
no.4
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pp.1489-1498
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2013
The monolithically coupled finite element analysis for a deformable unsaturated soil slope is performed to investigate the effect of antecedent rainfall which is assumed by initial conditions varying degree of saturation (36, 51, 77%) in finite element analysis. The distributions of matric suction and deformation on slope surface obtained from numerical simulation show the instability of antecedent rainfall-induced unsaturated soil slope. Moreover, the numerical analysis using Drucker-Prager model can be checked if a soil slope has reached failure (trial failure criterion $f^{tr}$ >0, plastic behavior) or not (trial failure criterion $f^{tr}$ < 0, elastic behavior). It is found that displacement of slope surface layer increases and the matric suction on soil slope decreases with an increase of initial degree of saturation by antecedent rainfall. Especially, the matric suction of the soil slope in dry condition (S=36%) rapidly decreases rather than that in wet condition (S=51%) at the same rainfall duration. The results of the trial failure criterion ($f^{tr}$ > 0) show slope instability in the toe region and surface of the slopes.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.3
s.174
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pp.777-785
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2000
The low-cycle fatigue behaviors of cast AI-Si alloy and composite with reinforcement of SIC particles were compared with those of extruded unreinforced matrix alloy and composite in order to investigate the influence of cast and extrusion processes on the cyclic deformation and fatigue life. Generally, both cast and extruded composites including the unreinforced alloy exhibited cyclic hardening behaviour, with more pronounced strain-hardening for the composites with a higher volume fraction of the SiC particles. However, cast composite under a low applied cyclic strain showing no observable plastic strain exhibited cyclic softening behavior due to the cast porosities. The elastic modulus and yield strength of the cast composite were found to be quite comparable to those of the extruded composite, however, the extrusion process considerably improved the ductility and fracture strength of the composite by effectively eliminating the cast porosities. Low-cycle fatigue lives of the cast alloy and composite were shorter than those of the extruded counterparts. Large difference in life between cast and extruded composites was attributed to the higher influence of the cast porosities on the fatigue life of the composite than that of the unreinforced alloy material. A fatigue damage parameter using strain energy density effectively represented the inferior life in the low-cycle regime and superior life in the high-cycle regime for the composite, compared to the unreinforced alloy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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