Kim, Hyun-Gyu;Oh, Se-Young;Kim, Kwang-Soo;Lee, Haeng-Soo;Kim, Seong-Woong;Kim, Jae-Hyun
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.2
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pp.233-239
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2013
In this paper, a method of combining numerical analyses and experimental tests is used to evaluate fracture toughness of copper thin films of $15{\mu}m$ thickness. Far-field loadings of a global-local finite element model are inversely estimated by matching crack opening profiles in experiments with numerical results. The fracture toughness is then evaluated using the J-integral for cracks in thin films under far-field loadings. In experiments, Cu thin films attached to Aluminum sheets are loaded indirectly, and crack opening profiles are observed by microscope camera. Stress versus strain curves of Cu thin films are obtained through micro-tensile tests, and the grain size of Cu thin films is observed by TEM analysis. The results show that the fracture toughness of Cu thin films with $500nm{\sim}1{\mu}m$ sized grains is $6,962J/m^2$.
Ultrasound has been widely used in various industrial fields. One of challenging application areas is cooling microelectronics. Ultrasonic cooling systems can work with air, argon (Ar) and nitrogen (N2) instead of conventional refrigerant such as freon gas, which can cause global warming. Furthermore, ultrasonic systems do not have moving parts, thus high durability can be obtained. So it is necessary to develop ultrasonic cooling systems due to environmental issues and durability points. In this paper, the design and fabrication processes are explained. When designing the system, a feasibility test was performed with a prototype cooler. Based on the result, finite element analysis with ANSYS software was performed. The predicted anti-resonance frequency for a piezoelectric actuator was 34.8 kHz, which was in good agreement with the experimental result of 34.6 kHz with 0.6% error. In addition, the predicted anti-resonance frequency for the ultrasonic waveguide was 39.4 kHz, which also agreed well with the experimental value of 39.8 kHz with 1.0% error. Based on these results, the developed ultrasonic waveguide might be applicable in microchip cooling.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.2
no.4
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pp.1-10
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2011
This study investigates the performance of composite (steel-concrete) frame structures through numerical experiments on individual connections. The innovative aspects of this research are in the use of connections between steel beams and concrete-filled tube (CFT)columns that utilize a combination of low-carbon steel and shape memory alloy (SMA) components. In these new connections, the intent is to utilize the recentering provided by super-elastic shape memory alloy tension bars to reduce building damage and residual drift after a major earthquake. The low-carbon steel components provide excellent energy dissipation. The analysis and design of these structures is complicated because the connections cannot be modeled as being simply pins or full fixity ones they are partial restraint (PR). A refined finite element (FE) model with sophisticated three dimensional (3D) solid elements was developed to conduct numerical experiments on PR-CFT joints to obtain the global behavior of the connection. Based on behavioral information obtained from these FE tests, simplified connection models were formulated by using joint elements with spring components. The behavior of entire frames under cyclic loads was conducted and compared with the monotonic behavior obtained from the 3D FE simulations. Good agreement was found between the simple and sophisticated models, verifying the robustness of the approach.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.10
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pp.1329-1335
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2011
On the basis of detailed 3D finite-element (FE) limit analyses, the plastic limit load solutions for pipes with slanted circumferential through-wall cracks (TWCs) subjected to axial tension, global bending, and internal pressure are reported. The FE model and analysis procedure employed in the present numerical study were validated by comparing the present FE results with existing solutions for plastic limit loads of pipes with idealized TWCs. For the quantification of the effect of slanted crack on plastic limit load, slant correction factors for calculating the plastic limit loads of pipes with slanted TWCs from pipes with idealized TWCs are newly proposed from extensive 3D FE calculations. These slant-correction factors are presented in tabulated form for practical ranges of geometry and for each set of loading conditions.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.23
no.1
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pp.19-26
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2019
The masonry infill walls are one of the most popular components that are used for dividing and arranging spaces in building construction. In spite of the fact that the masonry infills have many advantages, the system needs to be used with caution when the earthquake load is to be considered. The infills tend to develop diagonal compression struts during earthquake and increase the demand in surrounding RC frames. If there are openings in the infill walls, the loading path gets even complicated and the engineering judgements are required for designing the system. In this study, a masonry infill system was investigated through finite element analysis (FEA) and the results were compared with the current design standard, ASCE 41. It is noted that the equivalent width of the compression strut estimated by ASCE 41 could be 32% less than that using detailed FEA. The global load resisting capacity was also estimated by 28% less when ASCE 41 was used compare to the FEA case. Rather than using expensive FEA, the adapting ASCE 41 for the analysis and design of the masonry infills with openings would provide a good estimation by about 25% conservatively.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.35
no.5
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pp.249-257
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2022
This paper presents an improved computational framework for the direct-solution-based finite element tearing and interconnecting (FETI) algorithm. The FETI-local algorithm is further improved herein, and localized Lagrange multipliers are used to define the interface among its subdomains. Selective inverse entry computation, using a property of the Boolean matrix, is employed for the computation of the subdomain interface stiffness and load, in which the original FETI-local algorithm requires a full matrix inverse computation of a high computational cost. In the global interface computation step, the original serial computation is replaced by a parallel multi-frontal method. The performance of the improved FETI-local algorithm was evaluated using a numerical example with 64 million degrees of freedom (DOFs). The computational time was reduced by up to 97.8% compared to that of the original algorithm. In addition, further stable and improved scalability was obtained in terms of a speed-up indicator. Furthermore, a performance comparison was conducted to evaluate the differences between the proposed algorithm and commercial software ANSYS using a large-scale computation with 432 million DOFs. Although ANSYS is superior in terms of computational time, the proposed algorithm has an advantage in terms of the speed-up increase per processor increase.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.60
no.4
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pp.278-287
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2023
This study aims to analyze and evaluate the structural strength of a 53ft Liquefied Natural Gas (LNG) tank container according to International Organization for Standardization (ISO) 1496-3, amidst growing global demand for LNG transportation. The research was conducted in two main stages: structural analysis using Finite Element Analysis (FEA) under various load conditions, and structural strength tests following ISO 1496-3 test procedures. The structural analysis was performed considering different loading conditions to assess the structural safety of the tank container. Calculated stresses were compared with allowable stress under specified load conditions. The structural strength tests were conducted at Mokpo National University's Subsea Umbilical cable Riser Flowline R&D Center, which provided a suitable testing environment. The study found that calculated stresses met the allowable stress under specified load conditions, confirming the structural safety of the tank container. Additionally, the maximum deformation and permanent deformation satisfied the design criteria for all test cases, indicating the container's structural strength meets requirements. The research also contributed valuable data for future structural strength tests of similar products and facilitated the development of safe and efficient LNG transportation solutions by developing effective test procedures in accordance with ISO 1496-3 standards.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.18
no.3
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pp.10-19
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2014
Corrugated steel plates are made by fabricating thin steel plates to have trapezoidal or sinusoidal corrugation, and the corrugated plates are able to maintain high out-of-plane rigidity even when they are used instead of thick flat plates. Also, corrugated steel plates have almost no axial rigidity due to the accordion effect. Thus, if they are applied to the webs of plate girders, designing can be easily conducted so that the webs bear only shear stresses. However, unlike flat plates, the shear buckling of corrugated steel plates has very complex characteristics where buckling occurs due to the interaction of local and global buckling, besides local buckling and global buckling. For the investigation of the cause and characteristics of this interactive buckling, studies on sinusoidal corrugated steel plates are fewer than studies on trapezoidal corrugated steel plates. Therefore, in this study, the shear buckling characteristics of sinusoidal corrugated steel plates and the occurrence pattern of interactive buckling were investigated. For the calculation of shear buckling strength, a finite element program was used, and the analysis results were compared with the exact solution. In addition, the characteristics of buckling stress change and the change of buckling mode shape depending on corrugation thickness and shape parameter were analyzed, and by comparing these results with the results of a theoretical equation, the timing of buckling mode change was analyzed.
The global increase in population and subsequent scarcity of terrestrial living spaces necessitates exploration of alternative habitats. Research into the development of underwater living areas provides promising avenues for the expansion of human living spaces and the use of marine environments. This study focuses on the failure envelope of suction caisson foundations subjected to combined loads in a marine setting, utilizing finite element analysis. The foundation is assumed to be embedded in clay characterized by a linear increase in undrained shear strength with depth, employing the von Mises constitutive model for the clay. The resulting failure envelope is represented as a tilted ellipse which expands as the undrained shear strength increases, maintaining a constant ratio between the major and minor axes. A comparative analysis of two suction caisson foundations with varying length-to-diameter ratios revealed that this ratio influences the dimensions of the failure envelope, with a tendency for the major-to-minor axis ratio to increase as the length-to-diameter ratio increases. These findings are critical for the design of suction caisson foundations in offshore environments.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.16
no.3
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pp.321-339
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2014
This paper concerns the development of a knowledge-based tunnel design system within the framework of artifical neural networks(ANNs). The system is aimed at expediting a routine tunnel design works such as computation of segment lining body forces and stability analysis of selected cross section. A number of sub-modules for computation of segment lining body forces and stability analysis were developed and implemented to the system. It is shown that the ANNs trained with the results of 3D numerical analyses can be generalized with a reasonable accuracy, and that the ANN based tunnel design concept is a robust tool for tunnel design optimization. The details of the system architecture and the ANNs development are discussed in this paper.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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