A simplistic approach towards evaluation of complete load deflection response of Reinforced Concrete (RC) flexural members under post fire (residual) scenario is presented in this paper. The cross-section of the RC flexural member is divided into a number of sectors. Thermal analysis is performed to determine the temperature distribution across the section, for given fire duration. Temperature-dependent stress-strain curves for concrete and steel are then utilized to perform a moment-curvature analysis. The moment-curvature relationships are obtained for beams exposed to different fire durations. These are then utilized to obtain the load-deflection plots following pushover analysis. Moreover one of the important issues of modeling the initial stiffness giving due consideration to stiffness degradation due to material degradation and thermal cracking has also been addressed in a rational manner. The approach is straightforward and can be easily programmed in spreadsheets. The presented approach has been validated against the experiments, available in literature, on RC beam subjected to different fire durations viz. 1hr, 1.5hrs and 2hrs. Complete load-deflection curves have been obtained and compared with experimentally reported counterparts. The results also show a good match with the results obtained using more complicated approaches such as those involving Finite element (FE) modeling and conducting a transient thermal stress analysis. Further evaluation of the beams during fire (at elevated temperatures) was performed and a comparison of the mechanical behavior of RC beams under post fire and during fire scenarios is made. Detailed formulations, assumptions and step by step approach are reported in the paper. Due to the simplicity and ease of implementation, this approach can be used for evaluation of global performance of fire affected structures.
This paper presents numerical and experimental results on the use of guided waves for structural health monitoring (SHM) of crack growth during a fatigue test in a thick steel plate used for civil engineering application. Numerical simulation, analytical modeling, and experimental tests are used to prove that piezoelectric wafer active sensor (PWAS) can perform active SHM using guided wave pitch-catch method and passive SHM using acoustic emission (AE). AE simulation was performed with the multi-physic FEM (MP-FEM) approach. The MP-FEM approach permits that the output variables to be expressed directly in electric terms while the two-ways electromechanical conversion is done internally in the MP-FEM formulation. The AE event was simulated as a pulse of defined duration and amplitude. The electrical signal measured at a PWAS receiver was simulated. Experimental tests were performed with PWAS transducers acting as passive receivers of AE signals. An AE source was simulated using 0.5-mm pencil lead breaks. The PWAS transducers were able to pick up AE signal with good strength. Subsequently, PWAS transducers and traditional AE transducer were applied to a 12.7-mm CT specimen subjected to accelerated fatigue testing. Active sensing in pitch catch mode on the CT specimen was applied between the PWAS transducers pairs. Damage indexes were calculated and correlated with actual crack growth. The paper finishes with conclusions and suggestions for further work.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.8
no.5
s.39
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pp.91-99
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2004
In general, stadium structure with long span has low inherent natural frequency. In the stadium structure, structural behavior similar to resonance can be occurred easily by spectator rhythmical movements of which exciting period is small comparatively. It is required to investigate the safety and the serviceability of stadium structure. Therefore, there exists a necessity for accurate vibration analysis. Accurate analysis of stadium structure subjected to dynamic load is required for economical construction and safe design of stadium structure. Stadium structure should be modeled by refined mesh for accurate vibration analysis. As the mesh of stadium structure is refined, the number of divided elements increases in numerical analysis. The number of node is increased and numerous computer memories or computational time are required. So it is very difficult to analyze refine model of stadium structures by using the commercial programs. It is possible to efficient vibration analysis of stadium structure by finite element modeling method using equivalent beam element proposed in this paper, because the number of nodes is decreased remarkably.
Kim, Bum-Joo;Jung, Jae-Hoon;Jang, Yeon-Soo;Chun, Byung-Sik
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.28
no.4
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pp.101-113
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2012
The degradation of a tunnel drainage system leads to increases in pore water pressure around the tunnel and the lining stress, which results in affecting the tunnel stability. In the present study of the Namsan 3th tunnel, more than 30 year old tunnel, the effects of the drainage performance reduction due to drain hole clogging on the tunnel lining stability were investigated by examining pore water pressure distribution around the tunnel and the lining stresses through numerical analysis. Groundwater flow modeling on the Mt. Namsan region was done first and 3D seepage and coupled stress-pore water pressure finite element analysis were performed on the tunnel using the results of the groundwater flow modeling. The pore water pressure distribution and the tunnel lining stresses could be predicted using a drain hole outflow data measured in the tunnel site. This analysis method may be used to evaluate the current stability of old tunnels for which in most cases field investigations and related information are not readily available.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.10
s.181
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pp.2552-2559
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2000
Most of ferrous b.c.c weld materials have martensitic transformation during rapid cooling after welding. It is well known that volume expansion due to the phase transformation could influence on the relaxation of welding residual stress. To apply this effect practically, it is necessary to establish a numerical model which is able to estimate the effect of phase transformation on residual stress relaxation quantitatively. For this purpose, the analysis is carried out in two regions, i.e., heating and cooling, because the variation of material properties following a phase transformation in cooling is different in comparison with the case in heating, even at the same temperature. The variation of material properties following phase transformation is considered by the adjustment of specific heat and thermal expansion coefficient, and the distribution of residual stress in analysis is compared with that of experiment by previous study. In this study, simplified numerical procedures considering phase transformation, which based on a commercial finite element package was established through comparing with the experimental data of residual stress distribution by other researcher. To consider the phase transformation effect on residual stress relaxation, the transition of mechanical and thermal property such as thermal expansion coefficient and specific heat capacity was found by try and error method in this analysis. In addition to, since the transformation temperature changes by the kind and control of alloying elements, the steel with many kinds of transformation temperature were selected and the effect of transformation on stress releasement was investigated by the numerical procedures considering phase transformation.
Uniaxial tensile tests were conducted to accurately evaluate the in-plane mechanical properties of fiber metal laminates (FMLs). The FMLs in the current study are comprised of a layer of self-reinforced polypropylene (SRPP) sandwiched between two layers of aluminum alloy 5052-H34. The nonlinear tensile behavior of the FMLs under in-plane loading conditions was investigated using both numerical simulations and a theoretical analysis. The numerical simulation was based on finite element modeling using the ABAQUS/Explicit code and the theoretical constitutive model was based on the volume fraction approach using the rule of mixture and a modification of the classical lamination theory, which incorporates the elastic-plastic behavior of the aluminum alloy and the SRPP. The simulations and the model are used to predict the inplane mechanical properties such as stress-strain response and deformation behavior of the FMLs. In addition, a post-stretching process is used to reduce the thermal residual stresses before uniaxial tensile testing of the FMLs. Through comparison of both the numerical simulations and the theoretical analysis with the experimental results, it is concluded that the numerical simulation model and the theoretical approach can describe with sufficient accuracy the actual tensile stress-strain behavior of the FMLs.
A pile is a structural element that is used to transfer external loads from superstructures and has been widely utilized in construction fields all over the world. The method of installing a pile into the ground should be selected based on geotechnical conditions, location, site status, environmental factors, and construction costs, among others. It can be divided into two types: direct hammering and preboring. The direct hammering method installs a pile into the bearing layer, such as rock, using a few types of hammer, generating a considerable amount of pile driving-induced vibration. The vibration from pile driving influences adjacent structures and the ground; therefore, quantitatively investigating the effects of vibration is inevitably required. In this study, two-dimensional dynamic numerical modeling and analysis are performed using the finite difference method to investigate the influence on the adjacent slope, including temporary supporting system. Time-dependent loading induced by pile driving is estimated and used in the numerical analysis. Consequently, large surface displacement is estimated due to surface waves and less wave deflection, and refraction at the surface. The total displacement decreases with the increase of the distance from the source. However, lateral displacement at the top of the slope shows a larger value than vertical displacement, and the overall displacement tends to be concentrated near the face of the slope.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.15
no.4
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pp.77-86
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2008
The reliability of leaded and lead-free solders of BGA type packages on a printed circuit board was investigated by employing the standard drop test and 4-point bending test. Tested solder joints were examined by optical microscopy to identify associated failure mode. Three-dimensional finite element analysis(FEM) with ANSYS Workbench v.11 was carried out to understand the mechanical behavior of solder joints under the influence of bending or drop impact. The results of numerical analysis are in good agreement with those obtained by experiments. Packages in the center of the PCB experienced higher stress than those in the perimeter of the PCB. The solder joints located in the outermost comer of the package suffered from higher stress than those located in center region. In both drop and bending impact tests, the lead-free solder showed better performances than the leaded solders. The numerical analysis results indicated that stress and strain behavior of solder joint were dependent on various effective parameters.
Moreno, Julian A.;Tamayo, Jorge L.P.;Morsch, Inacio B.;Miranda, Marcela P.;Reginato, Lucas H.
Computers and Concrete
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v.24
no.4
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pp.379-397
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2019
Steel-concrete composite beams are widely employed in constructions and their performance at the serviceability stage is of concern among practitioners and design regulations. In this context, an accurate evaluation of long-term deflections via various rheological concrete models is needed. In this work, the performance and predict capability of some concrete creep and shrinkage models ACI, CEB, B3, FIB and GL2000 are ascertained, and compared by using statistical bias indicators. Ten steel-concrete composite beams with existing experimental and numerical results are then modeled for this purpose. The proposed modeling technique uses the finite element method, where the concrete slab and steel beam are modeled with shell finite elements. Concrete is considered as an aging viscoelastic material and cracking is treated with the common smeared approach. The results show that when the experimental ultimate shrinkage strain is used for calibration, all studied rheological models predict nearly similar deflections, which agree with the experimental data. In contrast, significance differences are encountered for some models, when none calibration is made prior to. A value between twenty and thirty times the cracking strain is recommended for the ultimate tensile strain in the tension stiffening model. Also, increasing the relative humidity and decreasing the ambient temperature can lead to a substantial reduction of slab cracking for beams under negative flexure. Finally, there is not a unique rheological model that clearly excels in all scenarios.
The first-arrival traveltime calculation method based on the damped wave equation overcomes the shortcomings of ray-tracing methods. Since this algorithm needs to solve the damped wave equation, numerical modeling is essential. However, it is not desirable to use the finite-difference method (FDM), which has good computational efficiency, for simulating the land seismic data because of irregular topography. Thus, the finite-element method (FEM) which requires higher computational cost than FDM has been used to correctly describe the irregular topography. In this study, we computed first-arrival traveltimes in an irregular topographic model using FDM incorporating embedded boundary method (EBM) to overcome this problem. To verify the accuracy and efficiency of the proposed algorithm, we compared our results with those of FEM. As a result, the proposed method using EBM not only provided the same accuracy as the FEM but also showed the improved computational efficiency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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