This paper presents a new approach with meso scale structure models to express mechanical property, such as stress - strain relationships, of concrete. This approach is successful to represent both uniaxial tension and uniaxial compression stress - strain relationship, which is in macro scale. The meso scale approach is also applied to predict degraded mechanical properties of frost-damaged concrete. The degradation of mechanical properties with frost-damaged concrete was carefully observed. Strength and stiffness in both tension and compression decrease with freezing and thawing cycles (FTC), while stress-free crack opening in tension softening increases. First attempt shows that the numerical simulation can express the experimentally observed degradation by introducing changes in the meso scale structure in concrete, which are assumed based on observed damages in the concrete subjected to FTC. At the end applicability of the meso scale approach to prediction of the degradation by combined effects of salt attack and FTC is discussed. It is shown that clarification of effects of frost damage in concrete on corrosion progress and on crack development in the damaged cover concrete due to corrosion is one of the issues for which the meso scale approach is useful.
A meso-scale model is proposed to study filament-wound composites with fiber undulations and crossovers. First, the crossover and undulation region is classified as the circumferential undulation and the helical undulation. Next, the two undulations are separately regarded as a series of sub-models to describe the meso-structure of undulations by using meso-parameters such as fiber orientation, fiber inclination angle, resin rich area, fiber volume fraction and bundle cross section. With the meso-structure model and the classic laminate theory, a method for calculating the stiffness of filament wound composites is eventually established. The effects of the fiber inclination angle, the fiber and resin volume fraction and the resin rich area on the stiffness are studied. The numerical results show that the elastic moduli for the circumferential undulation region decrease to a great extent as compared with that of the helical undulation region. Moreover, significant decrease in the elastic and shear moduli and increase in the Poisson's ratio are also found for the resin rich area. In addition, thickness and bundle section have evident effect on the equivalent stiffness of the fiber crossover and the undulation region.
This paper discusses the spatial variability of the carbonation depth caused by the mesoscopic structure of the concrete and the influence of the spatial variability on the thickness of the concrete cover. To conduct the research, a method to generate the random aggregate structure (RAS) based on polygonal particles and a simplified numerical model of the concrete carbonation at meso-scale are firstly developed. Based on the method and model, the effect of the aggregate properties including shape, content and gradation on the spatial variability of the carbonation depth is comprehensively studied. The results show that a larger degree of the spatial variability will be obtained by using (1) the aggregates with a larger aspect ratio; (2) a larger aggregate content; (3) the gradation which has more large particles. The proper sample size and model size used in the analysis are also studied. Finally, a case study is conducted to demonstrate the influence of the spatial variability of the carbonation depth on the proper thickness of the concrete cover. The research in this paper not only provides suggestions on how to decrease the spatial variability, but also proposes the method to consider the effect of the spatial variability in designing the thickness of the concrete cover.
This paper has presented an effective and accurate meso-scale finite element model for simulating the fracture process of concrete under compression-shear loading. In the proposed model, concrete is parted into four important phases: aggregates, cement matrix, interfacial transition zone (ITZ), and the initial defects. Aggregate particles were modelled as randomly distributed polygons with a varying size according to the sieve curve developed by Fuller and Thompson. With regard to initial defects, only voids are considered. Cohesive elements with zero thickness are inserted into the initial mesh of cement matrix and along the interface between aggregate and cement matrix to simulate the cracking process of concrete. The constitutive model provided by ABAQUS is modified based on Wang's experiment and used to describe the failure behaviour of cohesive elements. User defined programs for aggregate delivery, cohesive element insertion and modified facture constitutive model are developed based on Python language, and embedded into the commercial FEM package ABAQUS. The effectiveness and accuracy of the proposed model are firstly identified by comparing the numerical results with the experimental ones, and then it is used to investigate the effect of meso-structure on the macro behavior of concrete. The shear strength of concrete under different pressures is also involved in this study, which could provide a reference for the macroscopic simulation of concrete component under shear force.
A three-dimensional numerical model for the simulation of meso-scale local circulation is developed and it is applied to the land and sea breezes which take place around Ulsan. The surface temperature and moisture on the land are determined by means of the surface heat budget with a layer of vegetation considered. The vertical diffusion coefficients of momentum, heat and specific humidity at the surface layer are obtained by the lever-2 model of the turbulence closure proposed by Yamada (1982). This model proved to be effective in simulating the structure of the land and sea breezes around Ulsan.
Sejnoha, J.;Sejnoha, M.;Zeman, J.;Sykora, J.;Vorel, J.
Structural Engineering and Mechanics
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v.30
no.1
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pp.99-117
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2008
This paper presents a comprehensive approach to the evaluation of macroscopic material parameters for natural stone and quarry masonry. To that end, a reliable non-linear material model on a meso-scale is developed to cover the random arrangement of stone blocks and quasi-brittle behaviour of both basic components, as well as the impaired cohesion and tensile strength on the interface between the blocks and mortar joints. The paper thus interrelates the following three problems: (i) definition of a suitable periodic unit cell (PUC) representing a particular masonry structure; (ii) derivation of material parameters of individual constituents either experimentally or running a mixed numerical-experimental problem; (iii) assessment of the macroscopic material parameters including the tensile and compressive strengths and fracture energy.
Combustion in a narrow space has been interested as a model of meso-scale combustors (or micro-combustors). Premixed flames have been used to overcome flame quenching in a narrow space and non-premixed flames have been used to improve flame stabilization. In this study, overall characteristics of premixed flame and non-premixed flame in narrow combustion spaces were reviewed. Various effects such as the flow velocity distribution, thermal interaction, enhanced mass diffusion were discussed and an eventual structure of the flame at the extinction limit was introduced.
Proceedings of the Korean Powder Metallurgy Institute Conference
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2006.09a
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pp.264-265
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2006
The directions of further developments in the modeling of sintering are pointed out, including multi-scale modeling of sintering, on-line sintering damage criteria, particle agglomeration, sintering with phase transformations. A true multi-scale approach is applied for the development of a new meso-macro methodology for modeling of sintering. The developed macroscopic level computational framework envelopes the mesoscopic simulators. No closed forms of constitutive relationships are assumed for the parameters of the material. The model framework is able to predict the final dimensions of the sintered specimen on a global scale and identify the granular structure in any localized area for prediction of the material properties.
The WGR model was developed to represent meso-scale precipitation. As a conceptual model, this model shows a good link between atmospheric dynamics and statistical description of meso-scale precipitation(Waymire et al., 1984). However, as it has maximum 18 parameters along with its non-linear structure, its parameter estimation has been remained a difficult problem. There have been several cases of its parameter estimation for different fields using non-linear programming techniques(NLP), which were also difficult tasks to hamper its wide applications. In this study, we estimated the WGR model parameters of the Han river basin using the genetic algorithm(GA) and compared them to the NLP results(Yoo and Kwon, 2000). As a result of the study, we can find that the sum of square error from the GA provide more consistent parameters to the seasonal variation of rainfall. Also, we can find that the higher rainfall amount during summer season is closely related with the arrival rate of rain bands, not the rain cell intensity.
For the purpose of enhancing usability of NWP (Numerical Weather Prediction), the quantitative precipitation prediction scheme was suggested. In this research, precipitation by leading time was predicted using 3-hour rainfall accumulation by meso-scale numerical weather model and AWS (Automatic Weather Station), precipitation water and relative humidity observed by atmospheric sounding station, probability of rainfall occurrence by leading time in June and July, 2001 and August, 2002. Considering the nonlinear process of ranfall producing mechanism, the ANN (Artificial Neural Network) that is useful in nonlinear fitting between rainfall and the other atmospheric variables. The feedforward multi-layer perceptron was used for neural network structure, and the nonlinear bipolaractivation function was used for neural network training for converting negative rainfall into no rain value. The ANN simulated rainfall was validated by leading time using Nash-Sutcliffe Coefficient of Efficiency (COE) and Coefficient of Correlation (CORR). As a result, the 3 hour rainfall accumulation basis shows that the COE of the areal mean of the Korean peninsula was improved from -0.04 to 0.31 for the 12 hr leading time, -0.04 to 0.38 for the 24 hr leading time, -0.03 to 0.33 for the 36 hr leading time, and -0.05 to 0.27 for the 48 hr leading time.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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