We carried out laboratory material tests on two cements (KS-1 ordinary Portland and Class G) with changing W/S (Water/Solid) and the content of fly ash in order to evaluate their physical and mechanical properties. The specimens of KS-1 ordinary Portland cement were prepared with varying W/S (Solid=cement) in weight, while those of Class G cement were prepared with changing the content of fly ash in volume but maintaining W/S (Solid=cement+fly ash). The results of the material tests show that as the W/S in KS-1 ordinary Portland cement and the content of fly ash in Class G cement increase, the properties (density, sonic wave velocity, elastic constants, compressive and tensile strengths, thermal conductivity) decrease, but porosity and specific heat increase. In addition, an increase in confining pressure and in the content of fly ash leads to plastic failure behavior of the cements. The laboratory data were then used in a stability analysis of cement sheath for which an analytical solution for computing the stress distribution induced around a cased, cemented well was employed. The analysis was carried out with varying the injection well parameters such as thickness of casing and cement, injection pressure, dip and dip direction of injection well, and depth of injection well. The analysis results show that cement sheath is stable in the cases of relatively lower injection pressures and inclined and horizontal wells. However, in the other cases, it is damaged by mainly tensile failure.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.3
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pp.275-282
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2014
Particle-reinforced metal matrix composites exhibit a strengthening effect due to the particle size-dependent length scale that arises from the strain gradient, and thus from the geometrically necessary dislocations between the particles and matrix that result from their CTE(Coefficient of Thermal Expansion) and elastic-plastic mismatches. In this study, the influence of the size-dependent length scale on the particle-matrix interface failure and ductile failure in the matrix was examined using finite-element punch zone modeling whereby an augmented strength was assigned around the particle. The failure behavior was observed by a parametric study, while varying the interface failure properties such as the interface strength and debonding energy with different particle sizes and volume fractions. It is shown that the two failure modes (interface failure and ductile failure in the matrix) interact with each other and are closely related to the particle size-dependent length scale; in other words, the composite with the smaller particles, which is surrounded by a denser dislocation than that with the larger particles, retards the initiation and growth of the interface and matrix failures, and also leads to a smaller amount of decrease in the flow stress during failure.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.18
no.2
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pp.217-226
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2018
Since the sides of a vehicle are designed asymmetrically unlike its front or rear, the degree of deformation of the car body greatly differs depending on the site of collision if a broadside collision takes place. When elastic deformation and plastic deformation occur in the car body occur due to a collision, the kinetic energy is absorbed into the body, and the momentum decreases. Generally, an analysis of traffic accidents analyzes the vehicle's behavior after a collision by the law of momentum conservation and corrects the error of the amount of energy absorption due to the deformation of the car body, applying a restitution coefficient. This study interpreted a finite element vehicle model applying the structure of the car body and the material properties of each part with LS-DYNA, analyzed the result and drew the restitution coefficient and the depth of penetration according to the contact area of the vehicle in a broadside collision between an SUV and a passenger car. When the finally calculated restitution coefficient and depth of penetration were applied to the examples of the actual traffic accidents, there was an effect on the improvement of the error in the result. It was found that when the initial input value, drawn using the finite element analysis model, it had a higher reliability of the interpretation than that of the existing analysis techniques.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.2
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pp.187-194
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2012
The strength of particle-reinforced metal matrix composites is, in general, known to be increased by the geometrically necessary dislocations punched around a particle that form during cooling after consolidation because of coefficient of thermal expansion (CTE) mismatch between the particle and the matrix. An additional strength increase may also be observed, since another type of geometrically necessary dislocation can be formed during extensive deformation as a result of the strain gradient plasticity due to the elastic-plastic mismatch between the particle and the matrix. In this paper, the magnitudes of these two types of dislocations are calculated based on the dislocation plasticity. The dislocations are then converted to the respective strengths and allocated hierarchically to the matrix around the particle in the axisymmetric finite-element unit cell model. The proposed method is shown to be very effective by performing finite-element strength analysis of $SiC_p$/Al2124-T4 composites that included ductile failure in the matrix and particlematrix decohesion. The predicted results for different particle sizes and volume fractions show that the length scale effect of the particle size obviously affects the strength and failure behavior of the particle-reinforced metal matrix composites.
Ballasted track on an asphalt roadbed can be beneficial for its various effects such as (i) decreasing of roadbed thickness by dispersing train load; (ii) prevention of both strength reduction and weakening in roadbed system by preventing rainwater penetration; and (iii) reducing maintenance cost by preventing roadbed mud-pumping and frostbite. With these beneficial effects, ballasted track on asphalt roadbed has been widely used in Europe and Japan, and relevant research for applying such ballasted track on asphalt roadbed systems in Korea is ongoing. In this study, full-scale static and dynamic train load tests were performed to compare the performance of ballasted track on asphalt roadbed and ballasted track. The optimum thickness levels of asphalt and reinforced roadbeds, corresponding to the design criteria for reinforced roadbed of high-speed railway, was estimated using the FEM program ABAQUS. Test results show that the earth pressure on reinforced roadbed of ballasted track on the asphalt roadbed was relatively low compared with that of simple ballasted track. The elastic and plastic displacements of simple ballasted track on the asphalt roadbed were also lower than those of ballasted track. These test results may indicate that the use of ballasted track on asphalt roadbed is an advantageous system in view of long-term maintenance.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.34
no.1
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pp.122-129
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1997
Thermo-elastic-plastic analyses used in solving plate forming process are often computationally expensive. To obtain an optimal process of line heating typically requires numerous iterations between the simulation and a finite element analysis. This process often becomes prohibitive due to the amount of computer time required for numerical simulation of line heating process. Therefore, a new techniques that could significantly reduce the computer time required to solve a complex analysis problem would be beneficial. In this paper, we considered factors that influence the bending effect by line heating and developed inference engine by using the concept of artificial neural network. To verify the validity of the neural network, we used results obtained from numerical analysis. We trained the neural network with the data made from numerical analysis and experiments varying the structure of neural network, in other words varying the number of hidden layers and the number of neurons in each hidden layers. From that we concluded that if the number of neurons in each hidden layers is large enough neural network having two hidden layers can be trained easily and errors between exact value and results obtained from trained network are not so large. Consequently, if there are enough number of training pairs, artificial neural network can infer similar results. Based on the numerical results, we applied the artificial neural network technique to deal with mechanical behavior of line heating at simulation stage effectively.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.33
no.6
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pp.419-426
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2020
The structural design of the steel eccentrically braced frame (EBF) was developed and analyzed in this study through multiobjective optimization (MOO). For the optimal design, NSGA-II which is one of the genetic algorithms was utilized. The amount of structure and interfloor displacement were selected as the objective functions of the MOO. The constraints include strength ratio and rotation angle of the link, which are required by structural standards and have forms of the penalty function such that the values of the objective functions increase drastically when a condition is violated. The regulations in the code provision for the EBF system are based on the concept of capacity design, that is, only the link members are allowed to yield, whereas the remaining members are intended to withstand the member forces within their elastic ranges. However, although the pareto front obtained from MOO satisfies the regulations in the code provision, the actual nonlinear behavior shows that the plastic deformation is concentrated in the link member of a certain story, resulting in the formation of a soft story, which violates the capacity design concept in the design code. To address this problem, another constraint based on the Eurocode was added to ensure that the maximum values of the shear overstrength factors of all links did not exceed 1.25 times the minimum values. When this constraint was added, it was observed that the resulting pareto front complied with both the design regulations and capacity design concept. Ratios of the link length to beam span ranged from 10% to 14%, which was within the category of shear links. The overall design is dominated by the constraint on the link's overstrength factor ratio. Design characteristics required by the design code, such as interstory drift and member strength ratios, were conservatively compared to the allowable values.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.35
no.2
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pp.93-100
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2022
The collision behaviors of the tripod and jacket structures, which are considered as support structures for offshore wind towers at the Southwest sea of Korea, were compared by nonlinear dynamic analysis. These structures, designed for the 3 MW capacity of the wind towers, were modeled using shell elements with nonlinear behaviors, and the tower structure including the nacelle, was modeled by beam and mass elements with elastic materials. The mass of the tripod structure was approximately 1.66 times that of the jacket structure. A barge and commercial ship were modeled as the collision vessel. To consider the tidal conditions in the region, the collision levels were varied from -3.5 m to 3.5 m of the mean sea level. In addition, the collision behaviors were evaluated as increasing the minimum collision energy at the collision speed (=2.6 m/s) of each vessel by four times, respectively. Accordingly, the plastic energy dissipation ratios of the vessel were increased as the stiffness of collision region. The deformations in the wind tower occurred from vibration to collapse of conditions. The tripod structure demonstrated more collision resistance than the jacket structure. This is considered to be due to the concentrated centralized rigidity and amount of steel utilized.
The successful performance of any numerical geotechnical simulation depends on the accuracy and efficiency of the numerical implementation of constitutive model used to simulate the stress-strain (constitutive) response of the soil. The corner stone of the numerical implementation of constitutive models is the numerical integration of the incremental form of soil-plasticity constitutive equations over a discrete sequence of time steps. In this paper a well known two-surface soil plasticity model is implemented using a generalized implicit return mapping algorithm to arbitrary convex yield surfaces referred to as the Closest-Point-Projection method (CPPM). The two-surface model describes the nonlinear behavior of coarse-grained materials by incorporating a bounding surface concept together with isotropic and kinematic hardening as well as fabric formulation to account for the effect of fabric formation on the unloading response. In the course of investigating the performance of the CPPM integration method, it is proven that the algorithm is an accurate, robust, and efficient integration technique useful in finite element contexts. It is also shown that the algorithm produces a consistent tangent operator $\frac{d\sigma}{d\varepsilon}$ during the iterative process with quadratic convergence rate of the global iteration process.
This paper is performed to examine the effect of creep during the primary consolidation and the applicability of the Yin's EVP (Elasto-Visco-Plastic) model. In ordinary consolidation theories using the elastic model, the primary consolidation process can be expressed but the secondary consolidation process cannot. It is due to the viscosity, which can express the secondary consolidation, and is sometimes related to the scale effect (difference of the thickness of clay layer between laboratory sample and field condition) such as hypotheses Type A and Type B shown by Ladd et al. (1977). Usually, the existence of the creep during the primary consolidation has been conformed and the Type B is well acceped. On the other hand, from the large-scaled consolidation tests the intermediate characteristic between Type A and Type B was proposed as Type C by Aboshi (1973). In this study, to clarify the effect of creep on the settlement-time relation during the primary consolidation in detail, Type B consolidation tests were performed using the separate-type consolidation test apparatus for a peat and clay. Then the test results were analyzed by using Yin's EVP Model (Yin and Graham, 1994). In conclusion, followings were obtained. At the end of primary consolidation, the compression for the subspecimens should not be the same because of the difference of the excess pore water pressure dissipation rate. And the average settlement measured by the separate-type consolidometer coincides with the analyzed one using the Yin's EVP model. As for the dissipation of the excess pore water pressure, however, the measured excess pore water pressure dissipates faster compared with the Yin's model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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