The paper presents a simplified force-based seismic design procedure for the preliminary design of steel haunch retrofitting for the seismic upgrade of deficient RC frames. The procedure involved constructing a site-specific seismic design spectrum for the site, which is transformed into seismic base shear coefficient demand, using an applicable response modification factor, that defines base shear force for seismic analysis of the structure. Recent experimental campaign; involving shake table testing of ten (10), and quasi-static cyclic testing of two (02), 1:3 reduced scale RC frame models, carried out for the seismic performance assessment of both deficient and retrofitted structures has provided the basis to calculate retrofit-specific response modification factor Rretrofitted. The haunch retrofitting technique enhanced the structural stiffness, strength, and ductility, hence, increased the structural response modification factor, which is mainly dependent on the applied retrofit scheme. An additional retrofit effectiveness factor (ΩR) is proposed for the deficient structure's response modification factor Rdeficient, representing the retrofit effectiveness (ΩR=Rretrofitted /Rdeficient), to calculate components' moment and shear demands for the retrofitted structure. The experimental campaign revealed that regardless of the deficient structures' characteristics, the ΩR factor remains fairly the unchanged, which is encouraging to generalize the design procedure. Haunch configuration is finalized that avoid brittle hinging of beam-column joints and ensure ductile beam yielding. Example case study for the seismic retrofit designs of RC frames are presented, which were validated through equivalent lateral load analysis using elastic model and response history analysis of finite-element based inelastic model, showing reasonable performance of the proposed design procedure. The proposed design has the advantage to provide a seismic zone-specific design solution, and also, to suggest if any additional measure is required to enhance the strength/deformability of beams and columns.
We report plasma-assisted molecular beam epitaxy of $In_XGa_{1-X}N$ films on c-plane sapphire substrates. Prior to the growth of $In_XGa_{1-X}N$ films, GaN film was grown on the nitride c-plane sapphire substrate by two-dimensional (2D) growth mode. For the growth of GaN, Ga flux of $3.7{\times}10^{-8}$ torr as a beam equivalent pressure (BEP) and a plasma power of 150 W with a nitrogen flow rate of 0.76 sccm were fixed. The growth of 2D GaN growth was confirmed by $in-situ$ reflection high-energy electron diffraction (RHEED) by observing a streaky RHEED pattern with a strong specular spot. InN films showed lower growth rates even with the same growth conditions (same growth temperature, same plasma condition, and same BEP value of III element) than those of GaN films. It was observed that the growth rate of GaN is 1.7 times higher than that of InN, which is probably caused by the higher vapor pressure of In. For the growth of $In_xGa_{1-x}N$ films with different In compositions, total III-element flux (Ga plus In BEPs) was set to $3.7{\times}10^{-8}$ torr, which was the BEP value for the 2D growth of GaN. The In compositions of the $In_xGa_{1-x}N$ films were determined to be 28, 41, 45, and 53% based on the peak position of (0002) reflection in x-ray ${\theta}-2{\theta}$ measurements. The growth of $In_xGa_{1-x}N$ films did not show a streaky RHEED pattern but showed spotty patterns with weak streaky lines. This means that the net sticking coefficients of In and Ga, considered based on the growth rates of GaN and InN, are not the only factor governing the growth mode; another factor such as migration velocity should be considered. The sample with an In composition of 41% showed the lowest full width at half maximum value of 0.20 degree from the x-ray (0002) omega rocking curve measurements and the lowest root mean square roughness value of 0.71 nm.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.20
no.5
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pp.653-660
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2007
Since the temperature of asphalt for deck plate of steel bridge during paying procedure is relatively high as $240^{\circ}C\;to\;260^{\circ}C$, the temperature of deck plate of bridge rises mere than $100^{\circ}C$ and excessive displacement and stress could occur. In order to avoid undesirable failure of base plate and determine the optimal pavement pattern, a thorough thermal analysis is needed. General structural model which is made of beam and plate element should be modified for transient heat transfer analysis; asphalt pavement material and convection effect on surface of structure need to be added. A new technique with the Equivalent Heat Source (EHS) for numerical thermal analysis for steel bridge under thermal load of Guss asphalt pavement is proposed. Since plate/beam elements which were generally used for structural analysis for bridge cannot explain convection effect easily on plate/beam surface, EHS which is determined based on calculated temperature with convection effect is used. To verify the EHS proposed in this study, numerical analyses with plate elements are performed and the results are compared with estimated temperatures. EHS might be used for other thermal analyses of steel bridge such as welding residual stress analysis and bridge fire analysis.
The Canton Tower (formerly named Guangzhou New TV Tower) of 610 m high has been instrumented with a long-term structural health monitoring (SHM) system consisting of over 700 sensors of sixteen types. Under the auspices of the Asian-Pacific Network of Centers for Research in Smart Structures Technology (ANCRiSST), an SHM benchmark problem for high-rise structures has been developed by taking the instrumented Canton Tower as a host structure. This benchmark problem aims to provide an international platform for direct comparison of various SHM-related methodologies and algorithms with the use of real-world monitoring data from a large-scale structure, and to narrow the gap that currently exists between the research and the practice of SHM. This paper first briefs the SHM system deployed on the Canton Tower, and the development of an elaborate three-dimensional (3D) full-scale finite element model (FEM) and the validation of the model using the measured modal data of the structure. In succession comes the formulation of an equivalent reduced-order FEM which is developed specifically for the benchmark study. The reduced-order FEM, which comprises 37 beam elements and a total of 185 degrees-of-freedom (DOFs), has been elaborately tuned to coincide well with the full-scale FEM in terms of both modal frequencies and mode shapes. The field measurement data (including those obtained from 20 accelerometers, one anemometer and one temperature sensor) from the Canton Tower, which are available for the benchmark study, are subsequently presented together with a description of the sensor deployment locations and the sensor specifications.
Structural health monitoring (SHM) systems have been recently embraced in long span cable-supported bridges, in which buffeting-induced stress monitoring is one of the tasks to ensure the safety of the bridge under strong winds. In line with this task, this paper presents a SHM-oriented finite element model (FEM) for the Tsing Ma suspension bridge in Hong Kong so that stresses/strains in important bridge components can be directly computed and compared with measured ones. A numerical procedure for buffeting induced stress analysis of the bridge based on the established FEM is then presented. Significant improvements of the present procedure are that the effects of the spatial distribution of both buffeting forces and self-excited forces on the bridge deck structure are taken into account and the local structural behaviour linked to strain/stress, which is prone to cause local damage, are estimated directly. The field measurement data including wind, acceleration and stress recorded by the wind and structural health monitoring system (WASHMS) installed on the bridge during Typhoon York are analyzed and compared with the numerical results. The results show that the proposed procedure has advantages over the typical equivalent beam finite element models.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.12
no.1
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pp.77-83
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2013
This paper presents the feasibility on the application of composite coil spring, which has great interest in the automobile industry. In order to obtain much lighter weight of the composite spring, it will be necessary to optimize the design variables such as fiber angles and diameter of coil, etc. First of all, mechanical properties were measured to consider the effects of FVR and ply angles for carbon fiber composite material. And the shear modulus with respect to ply angles were derived based on twisting angles calculated by torsional beam model. Next we determined the design parameters of composite coil spring, which has equivalent spring rate to the steel coil spring. In order to assess the proposed method, finite element model of the composite spring was developed and analysed to obtain the spring constant. The results showed that static spring rate of the composite spring was in a good agreement with that of steel spring.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.19
no.8
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pp.56-63
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2020
The heat transfer phenomenon in the vicinity of the irradiated region of a focused laser beam of a DMT process greatly affects both the deposition characteristics of powders on a substrate and the properties of the deposited region. The goal of this paper is to investigate the heat transfer characteristics of a single bead deposition of Inconel 718 powders on S45C structural steel using a laser-aided direct metal tooling (DMT) process. The finite element analysis (FEA) model with a Gaussian volumetric heat flux is developed to simulate a three-dimensional transient heat transfer phenomenon. The cross-section of the bead for the FEA is estimated with an equivalent area method using experimental results. Through the comparison of the results of the experiments and those of the analysis, the effective beam radius of the bottom region of the volumetric heat flux and the efficiency of the heat flux model for different powers and travel speeds of the laser are predicted. From the results of the FEA, the influence of the power and the travel speed of the laser on the creation of a steady-state heat transfer region and the formation of the heat-affected zone (HAZ) in the substrate are investigated.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.35
no.5
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pp.299-306
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2015
A conventional phased array system can control an ultrasonic beam electronically by adjusting the excitation time delay of individual elements in a multi-element probe and produce an ultrasonic image. In Contrast, full matrix capture (FMC) is a data acquisition process that allows receiving ultrasonic signals from one single shot of the phased array transducer element through all the other elements and captures the complete dataset from every possible transmit-receive combination. This FMC data can be used to create the ultrasonic image in post processing. It is possible to produce not only images equivalent to conventional phased array image but also total focusing method (TFM) images with improved resolution and sharpness, which is virtually focused at any point in a region of interest. In this paper, the system that can perform FMC by using a conventional phased array instrument is developed, and a study was conducted on the imaging algorithms to reconstruct sector B-scan and TFM images from FMC dataset.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.16
no.8
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pp.28-37
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1999
This investigation is the result of the structural analysis by finite element method and test for considering stress distribution and stress concentration to be generated according to the change of attached shape and method of the bracket to pipe in welding structure. Generally, members that consist structures are subjected to various forces and are jointed each other with a number of bracket. In this case, circular pipe was adapted in order to weld these members easily and to study the optimal design which is used a beam with shape section as main components of the structure, According to attached shape and method, distributed stress on circular pipe is appeared so differently. This may result deeply effects with respect to thickness, material properties. So a study on attaching shape and method of bracket to circular pipe is needed. In this paper, to obtain the maximum equivalent stress or stress concentration was used experimental and F.E.M. analysis. First five parameter was defined with respect to attached a shape and method to circular pipe i.e. the variation of the attached area, the variation of the attached shape, the variation of the attached length, the variation of both directin angles, the variation of the upper angle. Afterward the experimental analysis was practiced as the variation of the both direction angel and the finite element analysis was practiced as each parameters. We can discover stress distribution and stress concentration according to the change of form of bracket. And the result can be referenced for a design of similar structure.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.53
no.6
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pp.447-455
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2016
Precise propulsion shafting alignment of ships is very important to prevent damage of its support bearings due to excessive reaction forces caused by hull deflection, forces acted on propeller and crankshaft, and so forth. In this paper, a new iterative shafting alignment calculation procedure considering the interaction between shaft deflection and oil film pressure of Sterntube Journal Bearing (SJB) bush with single or multiple slopes is proposed. The procedure is based on a pressure analysis to evaluate distributed equivalent support stiffness of SJB by solving Reynolds equation and a deflection analysis of shafting system by a finite element method based on Timoshenko beam theory. SJB is approximated with multi-point biaxial elastic supports equally distributed to its length. Their initial stiffness values are estimated from dynamic reaction force calculated by assuming SJB as single rigid support. Then, the shaft deflection and the support stiffness of SJB are sequentially and iteratively calculated by applying a criteria on deflection variation between sequential calculation results. To demonstrate validity and applicability of the proposed procedure for optimal slope design of SJB, numerical analysis results for a shafting system are described.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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