Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.27
no.6
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pp.663-672
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2014
Recently, modular structural systems have been applicable to building construction since they can significantly reduce building construction time. They consists of several unit modular frames of which each beam-column joint employs an access hole for connecting unit modular frames. Their structural design is usually carried out under the assumption that their load-carrying mechanism is similar to that of a traditional steel moment-resisting system. In order to obtain the validation of this assumption, the cyclic characteristics of beam-column joints in a unit modular frame should be investigate. This study carried out finite element analyses(FEM) of unit modular frames to investigate the cyclic behavior of beam-column joints with the structural influence of access holes. Analysis results show that the unit modular frames present stable cyclic response with large deformation capacities and their joints are classified into partial moment connections. Also, this study develops a simple spring model for earthquake nonlinear analyses and suggests the Ramberg-Osgood hysteretic rule to capture the cyclic response of unit modular frames.
In this paper, the first-order shear deformation theory (FSDT) (Mindlin) for continuum incorporating surface energy is exploited to study the static behavior of ultra-thin functionally graded (FG) plates. The size-dependent mechanical response is very important while the plate thickness reduces to micro/nano scales. Bulk stresses on the surfaces are required to satisfy the surface balance conditions involving surface stresses. Unlike the classical continuum plate models, the bulk transverse normal stress is preserved here. By incorporating the surface energies into the principle of minimum potential energy, a series of continuum governing differential equations which include intrinsic length scales are derived. The modifications over the classical continuum stiffness are also obtained. To illustrate the application of the theory, simply supported micro/nano scaled rectangular films subjected to a transverse mechanical load are investigated. Numerical examples are presented to present the effects of surface energies on the behavior of functionally graded (FG) film, whose effective elastic moduli of its bulk material are represented by the simple power law. The proposed model is then used for a comparison between the continuum analysis of FG ultra-thin plates with and without incorporating surface effects. Also, the transverse shear strain effect is studied by a comparison between the FG plate behavior based on Kirchhoff and Mindlin assumptions. In our analysis the residual surface tension under unstrained conditions and the surface Lame constants are expected to be the same for the upper and lower surfaces of the FG plate. The proposed model is verified by previous work.
Cast in situ and grouted concrete helical piles with 150-200 mm diameter half cylindrical ribs have become an economical and effective choice in Shanghai, China for uplift piles in deep soft soils. Though this type of pile has been successful used in practice, the reinforcing mechanism and the contribution of the ribs to the total resistance is not clear, and there is no clear guideline for the design of such piles. To study the inclusion of ribs to the contribution of shear resistance, the shear behaviour between silty sand and concrete slabs with parallel ribs at different spacing and angles were tested in a large direct shear box ($600mm{\times}400mm{\times}200mm$). The front panels of the shear box are detachable to observe the soil deformation after the test. The tests were modelled with three-dimensional finite element method in ABAQUS. It was found that, passive zones can be developed ahead of the ribs to form undulated failure surfaces. The shear resistance and failure mode are affected by the ratio of rib spacing to rib diameter. Based on the shape and continuity of the failure zones at the interface, the failure modes at the interface can be classified as "punching", "local" or "general" shear failure respectively. With the inclusion of the ribs, the pull out resistance can increase up to 17%. The optimum rib spacing to rib diameter ratio was found to be around 7 based on the observed experimental results and the numerical modelling.
The compressive behavior of special-shaped concrete filled tube (CFT) mega column coupled with multiple cavities is studied by testing six columns subjected to cyclically uniaxial compressive load. The six columns include three pentagonal specimens and three hexagonal specimens. The influence of cavity construction, arrangement of reinforcement, concrete strength on failure feature, bearing capacity, stiffness, and residual deformation is examined. Experimental results show that cavity construction and reinforcements make it possible to form a combined confinement effect to in-filled concrete, and the two groups of special-shaped CFT columns show good elastic-plastic compressive behavior. As there is no axial bearing capacity calculation method currently available in any Code of practice for special-shaped CFT columns, values predicted by normal CFT column formulas in GB50936, CECS254, ACI-318, EC4, AISCI-LRFD, CECS159, and AIJ are compared with tested values. The calculated values are lower than the tested values for most columns, thus the predicted bearing capacity is safe. A reasonable calculation method by dividing concrete into active and inactive confined regions is proposed. And high accuracy shows in estimating special-shaped CFT columns either coupled with multiple cavities or not. In addition, a finite element method (FEM) analysis is conducted and the simulated results match the test well.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.11
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pp.1733-1740
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2010
The analysis of the dynamic behavior of the packaging of a drum washing machine has been carried out under the drop impact conditions. LS-DYNA software is used for performing the finite element analysis, and the validations are performed by comparing with the impact acceleration, effective stress and deformation of cushioned package with high-speed camera during free drop test. By analyzing the cushion characteristics and the design parameters of the original packaging, a packaging with an improved design is developed, and this design is validated on the basis of the results of the distribution test which consists of drop test, vibration test, stacking test, squeez test and so on. The drop impact simulation and analysis methods developed in this study can be adopted to successfully improve the cushioning provided by the packaging and to reduce the cost involved in developing new packaging for drum washing machines.
Kim, Jong-Tak;Cho, Chang-Hee;Kim, Jin-Young;Kim, Tae-Won
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.9
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pp.1021-1026
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2011
Structural impact problems are becoming increasingly important for a modern defense industry, high-speed transportation, and other applications because of the weight reduction with high strength. In this study, a numerical investigation on the impact fracture behavior of aluminum plates was performed under various projectile conditions such as nose shapes, velocities, and incidence angles. In order to reduce the iterative numerical analysis, the Latin Square Method was employed. The influence factor was then determined by an FE analysis according to the conditions. The results were evaluated by means of a statistical significance interpretation using variance assessment. It was shown that the velocity and incidence angle can be the most important influence factors representing the impact absorption energy and plastic deformation, respectively.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.29
no.4
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pp.87-97
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1992
Of various design factors affecting icebreaking capability of an icebreaker, the stem angle(i.e., angle between bow stem and ice sheet) is the most important one under continuous icebreaking operation. This study focuses on the relationship between the bow stem angle of an icebreaker and its icebreaking capability. Considering relatively high loading-rate conditions with typical advancing speed of 3 to 4 knots, the material properties and deformation characteristics of sea ice are regarded as entirely elastic and brittle. In this paper the interaction process of icebreaker with level ice is simplified as a beam of finite length supported by Winkler-type elastic foundation simulating water buoyancy. The wedge type ice beam is loaded by the vertical impact forces due to the inclined bow stem of icebreaking vessels. The numerical model provides locations of maximum bending moment where extreme tensile stress arises and also possible fracture occurs. The model can predict a characteristic length of broken ice sheet upon the given environmental and design parameters.
Recently pile-supported embankments have emerged as an optimum method when the rapid construction and strict deformation of structures are required on soft soils. Especially geosynthetic-reinforced and pile-supported (GRPS) embankments are used worldwide as they can provide economic and effective solutions. However the load transfer mechanism in GRPS embankments is very complex, and not yet fully understood. Particularly the purpose and effect of geosynthetic inclusion are ambiguous and considered as an auxiliary measure assisting the arching effect of piles. Numerical parametric study using 3D finite element method has been conducted to investigate the effect of geosynthetic reinforcement on the load transfer mechanism of GRPS embankments. Numerical results suggested that as more stiffer geosynthetic is included, arching effect decreases considerably and the load concentration to the piles mostly caused by tension effect of geosynthetic. This finding is contradictory to the common understanding that geosynthetic inclusion only enhance the efficiency of load transfer. Consequently the design parameters determined from the numerical analyses are compared with those of three existing design methods. The problems of the existing methods are discussed.
Hydraulic actuators are used widely for industrial machinery. The seal made from elastomer is used as a core part of the actuator, NBR(nitrile butadiene rubber) materials with high quality of oil resistance and abrasion resistance is used widely, requiring excellent characteristic of sealing. According to applied circumstances, the actuators for industrial machinery are used under different temperature situations. In this study, three different kinds of NBR, which is Hs70, 80, 90 are determined as one of hydraulic materials. An experimental investigation is performed to confirm the non-linearity under different temperature ($-10^{\circ}C,\;20^{\circ}C,\;80^{\circ}C,\;100^{\circ}C$) situation, material constants for finite element analysis and plastic deformation in accordance with Load-unload.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.36
no.4
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pp.77-86
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1999
The bow flare structure of a ship is designed considering wave impact loads largely caused by relative motion of the ship and wave at rough sea. Empirical design is still used because impact phenomenon and structural behaviour due to wave impact load can not examined accurately. The objective of this study is, as the first step, to predict wave impact loads giving the structural damages to the bow flare structure from the damage data inversely, using dynamic nonlinear finite element code LS/DYNA3D, and to perform various parametric studies of wave impact pressure curve for its characteristics, such as peak height, duration time, tail height, rise time, etc.. The followings were obtained from this study: Dynamic structural responses against wave impact loads are largely affected by impact pressure impulse whose amount during duration time until peak deformation is very important.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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