The effective management of damage in tunnels is crucial for ensuring their safety, longevity, and operational efficiency. In this paper, we propose an educational management model tailored specifically for addressing damage in tunnels, utilizing numerical solution techniques. By leveraging advanced computational methods, we aim to develop a comprehensive understanding of the factors contributing to tunnel damage and to establish proactive measures for mitigation and repair. The proposed model integrates principles of tunnel engineering, structural mechanics, and numerical analysis to facilitate a systematic approach to damage assessment, diagnosis, and management. Through the application of numerical solution techniques, such as finite element analysis, we demonstrate the efficacy of the proposed model in simulating various damage scenarios and predicting their impact on tunnel performance. Additionally, the educational component of the model provides valuable insights and training opportunities for tunnel management personnel, empowering them to make informed decisions and implement effective strategies for ensuring the structural integrity and safety of tunnel infrastructure. Overall, the proposed educational management model represents a significant advancement in tunnel management practices, offering a proactive and knowledge-driven approach to addressing damage and enhancing the resilience of tunnel systems.
Bin Du;Bo Hao;Xuejing Duan;Wanjiong Wang;Mohammad Roohani
Geomechanics and Engineering
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v.38
no.4
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pp.397-408
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2024
Buried box culverts are crucial elements of transportation infrastructure. However, their behavior under foundation loads is not well understood, indicating a significant gap in existing research. This study aims to bridge this gap by conducting a detailed numerical analysis using the Finite Element Method and Abaqus software. The research evaluates the behavior of buried box culverts by examining their interaction with surrounding soil and the pressures from surface foundation loads. Key variables such as embedment depth, culvert wall thickness, concrete material properties, foundation pressure, foundation width, soil elastic modulus, and friction angle are altered to understand their combined effects on structural response. The methodology employs a validated 2D numerical model under plane strain conditions. Parametric studies highlight the critical role of culvert depth (H) in influencing earth pressure and bending moments. Foundation pressure and width demonstrate complex interdependencies affecting culvert behavior. Variations in culvert materials' elastic modulus show minimal impact. It was found that the lower wall of the buried culvert experiences higher average pressure compared to the other two walls, due to the combined effects of the culvert's weight and down drag forces on the side walls. Furthermore, while the pressure distribution on the top and bottom walls is parabolic, the pressure on the side walls follows a different pattern, differing from that of the other two walls.
Kim, Seung-Eock;Jeon, Shin-Youl;Hong, Kab-Eui;Lee, Min-Chul
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.24
no.5
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pp.499-506
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2011
In this study, the performance of composite safety barriers was evaluated through computer simulation. A composite safety barrier of SB4 grade was modeled. The MAT58 material model provided by LS-DYNA software was used to model composite material. The performance of composite material varies according to fiber, resin type, and fiber direction. Polyurethane resin and glass fiber were used. The performance of three different stacking designs was evaluated by carrying out vehicle impact simulation. The performance evaluation based on the vehicle crash manual includes the structural strength performance, the passenger protection performance, the vehicle behavior after crash, scattering of the guardrail. As the result of the finite element analysis, the barrier composed of the more transverse direction fibers shows the better performance on the impact simulation.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.31
no.5
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pp.110-116
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2003
With the growth of aircraft performance and needs for light aircraft, the problems associated with hail impacts on aircraft during flights and grounding become and important issue. These hail encounters can cause severe damages to aircraft and result in major concerns in safety and cost. Since nearly all external components of the commercial and military aircraft-in particular, the nose section and the leading edge of the wing and tail-are subject to damages, much effort has been put into understanding of this problem. However, most of the previous studies have focused on the composite components and few results have been reported for the metallic components. In this paper, we study the ice impacts on the aluminum component with the finite element analysis method utilizing commercial non-linear dynamics solver LS-DYNA. The results are compared with the experimental data and a simple measure of the ice impact effects is proposed.
The market share of high-speed railway vehicles is increasing across the world. A high-performance impact energy absorption factor is essential to satisfy the safety standards of railway vehicles. A deformed tube assembly is a typical energy absorption factor in railway vehicles. The tube assembly comprises a deformed tube and a press-fitting punch, its performance depends on the absorption energy characteristics in the plastic zone of the tube. In this study, a deformed tube assembly of a railway vehicle is designed that can absorb a maximum impact energy of 200kJ under plastic deformation. Slab method and finite element analysis are used to estimate the reaction force of the punch in the initial stage, the performance of the designed tube assembly is confirmed experimentally.
Yousry B.I. Shaheen;Ghada M. Hekal;Ayman M. Elshaboury;Ashraf M. Mahmoud
Structural Engineering and Mechanics
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v.90
no.4
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pp.371-390
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2024
Investigating the impact of openings on the structural behavior of ferrocement I-beams with two distinct types of reinforcing metallic and non-metallic meshes is the primary goal of the current study. Up until failure, eight 250x200x2200 mm reinforced concrete I-beams were tested under flexural loadings. Depending on the kind of meshes used for reinforcement, the beams are split into two series. A control I-beam with no openings and three beams with one, two, and three openings, respectively, are found in each series. The two series are reinforced with three layers of welded steel meshes and two layers of tensar meshes, respectively, in order to maintain a constant reinforcement ratio. Structural parameters of investigated beams, including first crack, ultimate load, deflection, ductility index, energy absorption, strain characteristics, crack pattern, and failure mode were reported. The number of mesh layers, the volume fraction of reinforcement, and the kind of reinforcing materials are the primary factors that vary. This article presents the outcomes of a study that examined the experimental and numerical performance of ferrocement reinforced concrete I-beams with and without openings reinforced with welded steel mesh and tensar mesh separately. Utilizing ANSYS-16.0 software, nonlinear finite element analysis (NLFEA) was applied to illustrate how composite RC I-beams with openings behaved. In addition, a parametric study is conducted to explore the variables that can most significantly impact the mechanical behavior of the proposed model, such as the number of openings. The FE simulations produced an acceptable degree of experimental value estimation, as demonstrated by the obtained experimental and numerical results. It is also noteworthy to demonstrate that the strength gained by specimens without openings reinforced with tensar meshes was, on average, 22% less than that of specimens reinforced with welded steel meshes. For specimens with openings, this value is become on average 10%.
The impacts of waste tire rubber (WTR) on the bending conduct of reinforced concrete beams (RCBs) are investigated in visualization of experimental tests and 3D finite element model (FEM) using both ANSYS and SAP2000. Several WTR rates are used in total 4 various full scale RCBs to observe the impact of WTR rate on the rupture and bending conduct of RCBs. For this purpose, the volumetric ratios (Vf) of WTR were chosen to change to 0%, 2.5%, 5% and 7.5% in the whole concrete. In relation to experimental test consequences, bending and rupture behaviors of the RCBs are observed. The best performance among the beams was observed in the beams with 2.5% WTR. Furthermore, as stated by test consequences, it is noticed that while WTR rate in the RCBs is improved, max. bending in the RCBs rises. For test consequences, it is clearly recognized as WTR rate in the RCB mixture is improved from 0% to 2.5%, deformation value in the RCB remarkably rises from 3.89 cm to 7.69 cm. This consequence is markedly recognized that WTR rates have a favorable result on deformation values in the RCBs. Furthermore, experimental tests are compared to 3D FEM consequences via using ANSYS software. In the ANSYS, special element types are formed and nonlinear multilinear misses plasticity material model and bilinear misses plasticity material model are chosen for concrete and compression and tension elements. As a consequence, it is noticed that each WTR rates in the RCBs mixture have dissimilar bending and rupture impacts on the RCBs. Then, to observe the impacts of WTR rate on the constructions under near-fault ground motions, a reinforced-concrete building was modelled via using SAP2000 software using 3-D model of the construction to complete nonlinear static analysis. Beam, column, steel haunch elements are modeled as nonlinear frame elements. Consequently, the seismic impacts of WTR rate on the lateral motions of each floor are obviously investigated particularly. Considering reduction in weight of structure and capacity of the members with using waste tire rubber, 2.5% of WTR resulted in the best performance while the construction is subjected to near fault earthquakes. Moreover, it is noticeably recognized that WTR rate has opposing influences on the seismic displacement behavior of the RC constructions.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2010.09c
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pp.72-77
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2010
The Incheon Bridge, which was opened to the traffic in October 2009, is an 18.4 km long sea-crossing bridge connecting the Incheon International Airport with the expressway networks around the Seoul metropolitan area by way of Songdo District of Incheon City. This bridge is an integration of several special featured bridges and the major part of the bridge consists of cable-stayed spans. This marine cable-stayed bridge has a main span of 800 m wide to cross the vessel navigation channel in and out of the Incheon Port. In waterways where ship collision is anticipated, bridges shall be designed to resist ship impact forces, and/or, adequately protected by ship impact protection (SIP) systems. For the Incheon Bridge, large diameter circular dolphins as SIP were made at 44 locations of the both side of the main span around the piers of the cable-stayed bridge span. This world's largest dolphin-type SIP system protects the bridge against the collision with 100,000 DWT tanker navigating the channel with speed of 10 knots. Diameter of the dolphin is up to 25 m. Vessel collision risk was assessed by probability based analysis with AASHTO Method-II. The annual frequency of bridge collapse through the risk analysis for 71,370 cases of the impact scenario was less than $0.5{\times}10^{-4}$ and satisfies design requirements. The dolphin is the circular sheet pile structure filled with crushed rock and closed at the top with a robust concrete cap. The structural design was performed with numerical analyses of which constitutional model was verified by the physical model experiment using the geo-centrifugal testing equipment. 3D non-linear finite element models were used to analyze the structural response and energy-dissipating capability of dolphins which were deeply embedded in the seabed. The dolphin structure secures external stability and internal stability for ordinary loads such as wave and current pressure. Considering failure mechanism, stability assessment was performed for the strength limit state and service limit state of the dolphins. The friction angle of the crushed stone as a filling material was reduced to $38^{\circ}$ considering the possibility of contracting behavior as the impact.
Kim, Jeongseok;Seo, Jihye;Lee, Younghoon;Lee, Joongwoo;Park, Woosun
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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2013.10a
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pp.149-150
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2013
Recently, various types of perforated breakwaters are being constructed for protecting offshore storm waves. In general, perforated breakwaters have wave chambers with perforated walls at seaside. Purposes of the wave chambers are to reduce wave reflections and maximum wave forces acting on the breakwater. Impact wave forces due to wave breaking can attack to the perforated wall directly, so the effects have to be considered in the design of the perforated wall carefully. Using resonance channels for wave energy dissipation, a new concept perforated breakwater is proposed, which is free from impact loads. Numerical simulation was made for wave reflection characteristics of the breakwater with respect to major design parameters. Numerical analysis was carried out using the Galerkin's FE model based on the linear potential theory considering energy dissipation on the perforated plate. Variations of wave reflection was investigated according to perforated ratios of perforated plate.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.11
no.2
s.23
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pp.77-82
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2005
Previously sailing yachts or leisure yachts were mainly made from FRP(Fiber glass reinforced plastic) in the small shipbuilding, but recently there is a trend to replace it for steel or aluminum to substitute FRP for environmental friendly materials. Although It have to need a many checked item in case of hull girder strength and transverse strength normally evaluate base on calculation of class guideline so called direct calculation method. Otherwise. this method of initial structural design considered enough for safety margin on the structure. But, case of small craft must consider for evaluating local strength through rational method. In this paper, check the bow structure members for satisfying results base on allowable stress criterion of damaged bow structure by dynamic load due to slamming and bottom impact load due to pitching motion through finite element analysis. and investigate engine bed structure considering engine weight load and transverse wave load.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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