Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.30
no.4
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pp.329-334
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2017
The structures, which are made up with the huge number of degrees-of-freedom and the assembly of substructures, have a great complexity. In order to increase the computational efficiency, the analysis models have to be simplified. Many substructuring techniques have been developed to simplify large-scale engineering problems. The techniques are very powerful for solving nonlinear problems which require many iterative calculations. In this paper, a modal derivatives-based model order reduction method, which is able to capture the stretching-bending coupling behavior in geometrically nonlinear systems, is adopted and investigated for its performance evaluation. The quadratic terms in nonlinear beam theory, such as Green-Lagrange strains, can be explained by the modal derivatives. They can be obtained by taking the modal directional derivatives of eigenmodes and form the second order terms of modal reduction basis. The method proposed is then applied to a co-rotational finite element formulation that is well-suited for geometrically nonlinear problems. Numerical results reveal that the end-shortening effect is very important, in which a conventional modal reduction method does not work unless the full model is used. It is demonstrated that the modal derivative approach yields the best compromised result and is very promising for substructuring large-scale geometrically nonlinear problems.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.19
no.2
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pp.265-281
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2017
For shallow tunnel constructions, settlement of the ground surface is a main issue. Recent technical developments in shield TBM tunneling technique have enabled a decrease in such settlements based on tunneling with ground deformation controls. For this objective, the tail void grouting is a common practice. Generally surface settlements in a soil of low permeability occur during a tunnel construction but also during a long period after completion of the tunnel. The long-term settlements occur mainly due to consolidation around the tunnel. The consolidation process is caused and determined by the tail void grouting which leads to an excess pore water pressure in the vicinity of the tunnel. Because of this, the grouting pressure has a strong effect on the long-term settlements in the shield tunneling. In order to investigate this effect, a series of coupled hydro-mechanical 3D finite element simulations have been performed. The results show that an increase in grouting pressure reduces the short-term settlements, but in many cases, it doesn't lead to a reduction of the final settlements after the completion of consolidation. Thereby, the existence of a critical grouting pressure is identified, at which the minimal settlements are expected.
Yi Myeong-Jong;Kim Jung-Ho;Chung Seung-Hwan;Suh Jung Hee
Geophysics and Geophysical Exploration
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v.5
no.4
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pp.236-249
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2002
We have extended the three-dimensional (3-D) resistivity imaging algorithm to cover the 3-D resistivity tomography problem, where resistivity data are acquired using electrodes installed in several boreholes as well as at the earth surface. The imaging algorithm consists of the 3-D finite element forward modeling and least-squares inversion scheme, where the ACB (Active Constraint Balancing) is adopted to enhance the resolving power of the inversion. Sensitivity analysis with numerical verifications shows that 3-D resistivity tomography is a very appealing method and can be used to get 3-D attitude of subsurface structures with very high-resolution. Moreover, we could accurately handle the topography effect, which could cause artifacts in the resistivity tomography. In the application of 3-D resistivity tomography to the real field data set acquired at the quarry mine, we could derive a very reasonable and accurate image of the subsurface.
Kim, Younghun;Kim, Chanki;Choi, Sungyeol;Chun, Byungsik
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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v.11
no.11
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pp.37-45
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2010
In this study, the value of numerical analysis was compared to the measured value of horizontal displacement during construction. And also, the value was reviewed by comparing with numbers calculated by SUNEX program and EXCAV program. When comparing to suggested values of the maximum horizontal displacement in clayey layer, the displacement caused by the IPS system is larger than one by the Strut girder type system. When comparing the result of SUNEX program to that of EXCAV program, the SUNEX program interprets larger value. It could be concluded the result of SUNEX program is closer to the suggested value, 0.5%H, in clayey layer. The result also shows that the internal friction angle(${\Phi}$) is the key factor of developing horizontal displacement rather than type of supporting systems or materials. That means small horizontal displacement occurs in sandy layer having large value of the internal friction angle, whereas vice versa in clayey layer having small value of the internal friction angle. Therefore, the result of EXCAV program is larger in sandy layer and vice versa in clayey layer. When comparing the measured result during construction to the value of 0.5%H, the measured result is 1.4 times greater than the value of 0.5%H. In contrast, the result of SUNEX program is only 78.1% of the value of 0.5%H and the one of EXCAV program is just 18.1% of that. This result shows the calculated value by SUNEX or EXCAV program is smaller than the observed value by measuring during construction. In result, more careful attention is needed to determine the behavior of the ground. To better analyze the behavior of the ground, more precise finite element method is required.
response surface method (RSM) is widely used to evaluate th e extremely smal probability of ocurence or toanalyze the reliability of very complicated structures. Althoug h Monte-Carlo Simulation (MCS) technique can evaluate any system, the procesing time of MCS dependson the reciprocal num ber of the probability of failure. The stochastic finite element method could solve thislimitation. However, it is limit ed to the specific program, in which the mean and coeficient o f random variables are programed by a perturbation or by a weigh ted integral method. Therefore, it is not aplicable when erequisite programing. In a few number of stage analyses, RSM can construct a regresion model from the response of the c omplicated structural system, thus, saving time and efort significantly. However, the acuracy of RSM depends on the dist ance of the axial points and on the linearity of the limit stat e functions. To improve the convergence in exact solution regardl es of the linearity limit of state functions, an improved adaptive response surface method is developed. The analyzed res ults have ben verified using linear and quadratic forms of response surface functions in two examples. As a result, the be st combination of the improved RSM techniques is determined and programed in a numerical code. The developed linear adapti ve weighted response surface method (LAW-RSM) shows the closest converged reliability indices, compared with quadratic form or non-adaptive or non-weighted RSMs.
Ali, Mustafa M.;Osman, S.A.;Yatim, M.Y.M.;A.W., Al Zand
Structural Engineering and Mechanics
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v.76
no.6
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pp.687-708
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2020
Openings in steel plate shear walls (SPSWs) are usually used for decorative designs, crossing locations of multiple utilities and/or structural objectives. However, earlier studies showed that generating an opening in an SPSW has a negative effect on the cyclic performance of the SPSW. Therefore, this study proposes tripling or doubling the steel-sheet-plate (SSP) layer and stiffening the opening of the SPSW to provide a solution to undesirable opening effects, improve the SPSW performance and provide the infill option of potential strengthening measures after the construction stage. The study aims to investigate the impact of SSP doubling with a stiffened opening on the cyclic behaviour, expand the essential data required by structural designers and quantify the SPSW performance factors. Validated numerical models were adopted to identify the influence of the chosen parameters on the cyclic capacity, energy dissipation, ductility, seismic performance factors (SPF) and stiffness of the suggested method. A finite Element (FE) analysis was performed via Abaqus/CAE software on half-scale single-story models of SPSWs exposed to cyclic loading. The key parameters included the number of SSP layers, the opening size ratios corresponding to the net width of the SSP, and the opening shape. The findings showed that the proposed assembly method found a negligible influence in the shear capacity with opening sizes of 10, 15, 20%. However, a deterioration in the wall strength was observed for openings with sizes of 25% and 30%. The circular opening is preferable compared with the square opening. Moreover, for all the models, the average value of the obtained ductility did not show substantial changes and the ultimate shear resistance was achieved after reaching a drift ratio of 4.36%. Additionally, the equivalent sectional area of the SSP in the twin and triple configuration of the SPSWs demonstrated approximately similar results. Compared with the single SSP layer, the proposed configuration of the twin SSP layer with a stiffened opening suggest to more sufficiency create SSP openings in the SPSW compared to that of other configurations. Finally, a tabular SPF quantification is exhibited for SPSWs with openings.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.22
no.1
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pp.116-122
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2021
This study quantitatively evaluated the performance improvement of a circular reinforced concrete pier under dynamic load with strengthening using a steel plate. Various three-dimensional elements were applied using the finite element program ABAQUS. The analytical parameters included the ratios of the steel cover length to the pier's total height and the ratios of the steel cover thickness to the pier diameter for inelastic-nonlinear analysis. The lower part of the pier had fixed boundary conditions, and lateral repetitive loads were applied at the top of the pier. The pier was investigated to evaluate the dynamic performance based on the load-displacement curve, stress-strain curve, ductility, energy absorption capability, and energy ratio. The yield and ultimate loads of piers with steel covers increased by 3.76 times, and the energy absorption capability increased by 4 times due to the confinement effects caused by the steel plate. A plastic hinge part of the column with a steel plate improved the ductility, and the thicker the steel plate was, the greater the energy absorption capacity. This study shows that the reinforced pier should be improved in terms of the seismic performance.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.50
no.10
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pp.701-708
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2022
Since the propellant tank structure of the projectile is mainly subjected to a compressive force, there is a high risk of damage due to buckling. Large and lightweight structures such as propellant tank have a complex manufacturing process. So it requires a non-destructive test method to predict buckling load to use the structure after testing. Many studies have been conducted on Vibration Correlation Technique(VCT), which predicts buckling load using the relationship between compressive load and natural frequency, but it requires a large compressive load to predict the buckling load accurately, and it tends to decrease prediction accuracy with increasing internal pressure in structure. In this paper, we analyzed the causes of the decrease in prediction accuracy when internal pressure increases and proposed a method increasing prediction accuracy under the low compressive load for being usable after testing, through VCT combined testing and FEA result. The prediction value by the proposed method was very consistent with the measured actual buckling load.
This study simulated the shock wave propagation through the tamping material between explosives and hole wall at blasting works and verified the effect of tamping materials. The Arbitrary Lagrangian-Eulerian(ALE) method was selected to model the mixture of solid (Lagrangian) and fluid (Eulerian). The time series analysis was carried out during blasting process time. Explosives and tamping materials (air or water) were modeled with finite element mesh and the hole wall was assumed as a rigid body that can determine the propagation velocity and shock force hitting the hole wall from starting point (explosives). The numerical simulation results show that the propagation velocity and shock force in case of water were larger than those in case of air. In addition, the real site at blasting work was modeled and simulated. The rock was treated as elasto-plastic material. The results demonstrate that the instantaneous shock force was larger and the demolished block size was smaller in water than in air. On the contrary, the impact in the back side of explosives hole was smaller in water, because considerable amount of shock energy was used to demolish the rock, but the propagation of compression through solid becomes smaller due to the damping effect by rock demolition. Therefore, It can be proven that the water as the tamping media was more profitable than air.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.28
no.7
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pp.1259-1266
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2022
Recently, due to the specialization of structural design standards and evaluation methods, the classification rules are being integrated. A good example is the common international rules (CSR). However, detailed regulations are presented only for the cargo hold area where the longitudinal load is greatly applied, and no specific evaluation guidelines exist for the bow and stern structures. Structural design of the mentioned area is carried out depending on the design experience of the shipbuilder, and because no clear standard exists even in the classification, determining the root cause is difficult even if a structural damage problem occurs. In this study, an engineering-based solution was presented to identify the root cause of representative cases of buckling damage that occurs mainly in the stern. Buckling may occur at the panel wall owing to hull girder bending moment acting on the stern structure, and the plate thickness must be increased or vertical stiffeners must be added to increase the buckling rigidity. For structural strength verification based on finite element analysis modeling, reasonable solutions for load conditions, boundary conditions, modeling methods, and evaluation criteria were presented. This result is expected to be helpful in examining the structural strength of the stern part of similar carriers in the future.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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