The crack-tip stress fields and fracture mechanics assessment parameters for a surface crack, such as the elastic stress intensity factor or the elastic-plastic J-integral, can be affected significantly by the adjacent cracks. Such a crack interaction effect due to multiple cracks can alter the fracture mechanics assessment parameters significantly. There are many factors to be considered, for instance the relative distance between adjacent cracks, the crack shape, and the loading condition, to quantify the crack interaction effect on the fracture mechanics assessment parameters. Thus, the current assessment codes on crack interaction effects (crack combination rules), including ASME Sec. XI, BS7910, British Energy R6 and API 579-1/ASME FFS-1, provide different rules for combining multiple surface cracks into a single surface crack. The present paper investigates crack interaction effects by evaluating the elastic stress intensity factor and the elastic-plastic J-integral of adjacent in-plane surface cracks in a plate through detailed 3-dimensional elastic and elastic-plastic finite element analyses. The effects on the fracture mechanics assessment parameters of the geometric parameters, the relative distance between two cracks, and the crack shape are investigated systematically. As for the loading condition, an axial tension is considered. Based on the finite element results, the acceptability of the crack combination rules provided in the existing guidance was investigated, and the relevant recommendations on a crack interaction for in-plane surface cracks are discussed. The present results can be used to develop more concrete guidance on crack interaction effects for crack shape characterization to evaluate the integrity of defective components.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.85-101
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2020
The optimal parameters for the fluid-structure interaction analysis using the Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) for fluids and finite elements for structures, respectively, are explored, and the effectiveness of the simulations with those parameters is validated by solving several open surface fluid problems. For the optimization of the Equation of State (EOS) and the simulation parameters such as the time step, initial particle spacing, and smoothing length factor, a dam-break problem and deflection of an elastic plate is selected, and the least squares analysis is performed on the simulation results. With the optimal values of the pivotal parameters, the accuracy of the simulation is validated by calculating the exerted force on a moving solid column in the open surface fluid. Overall, the SPH-FEM coupled simulation is very effective to calculate the fluid-structure interaction. However, the relevant parameters should be carefully selected to obtain accurate results.
So far, all reviews and control approaches of spin relaxation have been done on lateral single electron quantum dots. In such structures, many efforts have been done, in order to eliminate spin-lattice relaxation, to obtain equal Rashba and linear Dresselhaus parameters. But, ratio of these parameters can be adjustable up to 0.7 in a material like GaAs under high-electric field magnitudes. In this article we have proposed a single electron QD structure, where confinements in all of three directions are considered to be almost identical. In this case the effect of cubic Dresselhaus interaction will have a significant amount, which undermines the linear effect of Dresselhaus while it was destructive in lateral QDs. Then it enhances the ratio of the Rashba and Dresselhaus parameters in the proposed structure as much as required and decreases the spin states up and down mixing and the deviation angle from the net spin-down As a result to the least possible value.
The use of lime stabilization and geosynthetic reinforcement is a common approach to improve the performance of fine-grained soils in geotechnical applications. However, the impact of this combination on the soil-geosynthetic interaction remains unclear. This study addresses this gap by evaluating the interface efficiency and soil-geosynthetic interaction parameters of lime-stabilized clay (2%, 4%, 6%, and 8% lime content) reinforced with geotextile or geogrid using direct shear tests at various curing times (1, 7, 14, and 28 days). Additionally, machine learning algorithms (Support Vector Machine and Artificial Neural Network) were employed to predict soil shear strength. Findings revealed that lime stabilization significantly increased soil shear strength and interaction parameters, particularly at the optimal lime content (4%). Notably, stabilization improved the performance of soil-geogrid interfaces but had an adverse effect on soil-geotextile interfaces. Furthermore, machine learning algorithms effectively predicted soil shear strength, with sensitivity analysis highlighting lime percentage and geosynthetic type as the most significant influencing factors.
Seo, Choon Gyo;Jang, Dong Hui;Jung, Du Ri;Chang, Soo Hyuk;Moon, Il Hwan
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.22
no.6
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pp.333-343
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2018
In this paper, we study the existing results of the structure-soil-structure interaction (SSSI) effect on seismic responses of structures and summarize important parameters. The parameters considered in this study are a combination of buildings in the power block of a nuclear power plant, the characteristics of earthquake ground motions and its direction, and the characteristics embedded under the ground. Based on these parameters, the seismic analysis model of the structures in the power block of the nuclear power plant is developed and the structure-soil-structure interaction analyses are performed to analyze the influence of the parameters on the seismic response. For all analyses, the soil-structure interaction (SSI) analysis program CNU-KIESSI, which was developed to enable large-sized seismic analysis, is used. In addition, the SSI analyses is performed on individual structures and the results are compared with the SSSI analysis results. Finally, the influence of the parameters on the seismic response of the structure due to the SSSI effect is reviewed through comparison of the analysis results.
The challenges involved with fatigue damage assessment of steel catenary riser (SCR) in the touchdown zone (TDZ) are primarily due to the non-linear behaviour of the SCR-seabed interaction, considerable uncertainty in SCR-seabed interaction modelling and geotechnical parameters. The issue of fatigue damage induced by the cyclic movements of the SCR with the seabed has acquired prominence with the touch down point (TDP) interaction in the TDZ. Therefore, the SCR-seabed response is critical for reliable estimation of fatigue life in the TDZ. Various design approaches pertaining to the lateral pipe-soil resistance model are discussed. These techniques have been applied in the finite element model that can be used to analyse the lateral SCR-seabed interaction under hydrodynamic loading. This study investigates the sensitivity of fatigue performance to geotechnical parameters through a parametric study. In this study, global analyses are performed to assess the influence of vertical linear seabed springs, the lateral seabed model and the non-linear seabed model, including trench evolution into seabed, seabed normalised stiffness, re-penetration offset parameter and soil suction resistance ratio, on the fatigue life of SCRs in the TDZ.
The objective of this research was to determine the Vlasov soil parameters for quadratically varying elasticity modulus $E_s$(z) of the compressible soil continuum and discuss the interaction affect between two close plates. Interaction problem carried on for uniformly distributed load carrying plates. Plate region was simulated by Kirchhoff plate theory based (mixed or displacement type) 2D elements and the foundation continuum was simulated by displacement type 2D elements. At the contact region, plate and foundation elements were geometrically coupled with each other. In this study the necessary formulas for the Vlasov parameters were derived when Young's modulus of the soil continuum was varying as a quadratic function of z-coordinate through the depth of the foundation. In the examples, first the elements and the iterative FE algorithm was verified and later the results of quadratic variation of $E_s$(z) were compared with the previous examples in order to discuss the general behavior. As a final example two plates close to each other resting on elastic foundation were handled to see their interaction influences on the Vlasov foundation parameters. Original examples were solved using both mixed and displacement type plate elements in order to confirm the results.
Based on the method of determination for relative stability of each phase from the difference among the interaction parameters of the phases consisting the mixed layer, the types of interactions between layers were specified and interaction parameter between layers in ordered domain was analytically derived as a function parameter between layers in ordered domain was analytically derived as a function of not only temperature and mole fraction of layers but also ordering parameter. Interaction parameter between the different layers in ordered phase, L is as follows:{{{{ {L }_{1 } (X,Q,T)= { C} over { Q} -4(1-2Q) { L}^{2 } - { RT} over {2} ln { 1} over {2 } - { 2RT} over { { X}_{ s} } ln { { 4QX}`_{s } ^{2 } } over {(1- { X}_{s }- { QX}_{s })( { X}_{s }- {QX }_{s } ) } }}}}L2 is the interaction parameter between ordered and disordered phase in domain and is the mole fraction of the domain which represent the infinite length of mixed layer mineral and Q and C are the reaction progress parameter and arbitrary constant, respectively. This equation was used for the I/S mixed layer clay minerals to infer the relative stability of R1 type I/S mixed layer in the temperature range from 373K to 450K. The result of calculation suggest that, owing to the decrease in interaction parameter with increasing temperature. The interaction parameter decreases more rapidly with decreasing mole fraction of smectite in domain, which is consistent with the fact that the probability of finding the series smectite layer is lo in the domain with small mole fraction of smectite layers in natural system.
A moment-independent importance measure analysis approach was introduced to quantify the effects of structural uncertainty parameters on probabilistic seismic demands of simply supported girder bridges. Based on the probability distributions of main uncertainty parameters in bridges, conditional and unconditional bridge samples were constructed with Monte-Carlo sampling and analyzed in the OpenSees platform with a series of real seismic ground motion records. Conditional and unconditional probability density functions were developed using kernel density estimation with the results of nonlinear time history analysis of the bridge samples. Moment-independent importance measures of these uncertainty parameters were derived by numerical integrations with the conditional and unconditional probability density functions, and the uncertainty parameters were ranked in descending order of their importance. Different from Tornado diagram approach, the impacts of uncertainty parameters on the whole probability distributions of bridge seismic demands and the interactions of uncertainty parameters were considered simultaneously in the importance measure analysis approach. Results show that the interaction of uncertainty parameters had significant impacts on the seismic demand of components, and in some cases, it changed the most significant parameters for piers, bearings and abutments.
A conditional probability based approach known as Particle Filter Method (PFM) is a powerful tool for system parameter identification. In this paper, PFM has been applied to identify the vehicle parameters based on response statistics of the bridge. The flexibility of vehicle model has been considered in the formulation of bridge-vehicle interaction dynamics. The random unevenness of bridge has been idealized as non homogeneous random process in space. The simulated response has been contaminated with artificial noise to reflect the field condition. The performance of the identification system has been examined for various measurement location, vehicle velocity, bridge surface roughness factor, noise level and assumption of prior probability density. Identified vehicle parameters are found reasonably accurate and reconstructed interactive force time history with identified parameters closely matches with the simulated results. The study also reveals that crude assumption of prior probability density function does not end up with an incorrect estimate of parameters except requiring longer time for the iterative process to converge.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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