Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.19
no.1
s.71
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pp.93-103
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2006
It is absolutely essential that safety assessment of the containment buildings during service life because containment buildings are last barrier to protect radioactive substance due to the accidents. Therefore, this study describes an enhanced degenerated shell finite element(FE) which has been developed for nonlinear FE analysis of reinforced concrete(RC) containment buildings with elasto-plastic material model. For the purpose of the material nonlinear analysis, Drucker-Prager failure criteria is adapted in compression region and material parameters which determine the shape of the failure envelop are derived from biaxial stress tests. Reissner-Mindlin(RM) assumptions are adopted to develop the degenerated shell FE so that transverse shear deformation effects is considered. However, it is found that there are serious defects such as locking phenomena in RM degenerated shell FE since the stiffness matrix has been overestimated in some situations. Therefore, shell formulation is provided in this paper with emphasis on the terms related to the stiffness matrix based on assumed strain method. Finally, the performance of the present shell element to analysis RC containment buildings is tested and demonstrated with several numerical examples. From the numerical tests, the present results show a good agreement with experimental data or other numerical results.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.7
no.3
s.25
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pp.57-66
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2007
The membrane structures, a kind of lightweight soft structural system, are used for spatial structures. The material property of the membrane has strong axial stiffness, but little bending stiffness. The design procedure of membrane structures are needed to do shape finding, stress-deformation analysis and cutting pattern generation. In shape finding, membrane structures are unstable structures initially. These soft structures need to be introduced initial stresses because of its initial unstable state, and happen large deformation phenomenon. Therefore, in this paper, we investigate the convergence of solution and the speed according to the control variables and the method of shape analysis.
The objective of this study is to perform extensive parametric studies of the lateral-torsional buckling of short 1-beams under repeated loadings, and to gain a further insight into the lateral-torsional beam buckling problem. A one-dimensional geometrically (fully) nonlinear beam model is used, which includes superposed infinitesimal transverse warping deformation in addition to finite torsional warping deformation. A multiaxial cyclic plasticity model is also implemented to better represent cyclic metal plasticity in conjunction with a consistent return mapping algorithm. The general response for the lateral-torsional buckling of short I-beams under repeated loadings is examined through several parametric studies around the standard case : the material yield strength, the yield plateau, the strain hardening, the kinematic hardening, the residual stresses, the load eccentricity with respect to the shear center, the height of the load with respect to the cross-section of the beam, the location of the load along the length of the beam, the dimensions of the cross-section of the beam and the fixity of the supported end remote from the load.
A parametric study was conducted to investigate the seismic deformation demands in terms of drift ratio, plastic base rotation and compression strain on rectangular wall members in frame-wall systems. The wall index defined as ratio of total wall area to the floor plan area was kept as variable in frame-wall models and its relation with the seismic demand at the base of the wall was investigated. The wall indexes of analyzed models are in the range of 0.2-2%. 4, 8 and 12-story frame-wall models were created. The seismic behavior of frame-wall models were calculated using nonlinear time-history analysis and design spectrum matched ground motion set. Analyses results revealed that the increased wall index led to significant reduction in the top and inter-story displacement demands especially for 4-story models. The calculated average inter-story drift decreased from 1.5% to 0.5% for 4-story models. The average drift ratio in 8- and 12-story models has changed from approximately 1.5% to 0.75%. As the wall index increases, the dispersion in the calculated drifts due to ground motion variability decreased considerably. This is mainly due to increase in the lateral stiffness of models that leads their fundamental period of vibration to fall into zone of the response spectra that has smaller dispersion for scaled ground motion data set. When walls were assessed according to plastic rotation limits defined in ASCE/SEI 41, it was seen that the walls in frame-wall systems with low wall index in the range of 0.2-0.6% could seldom survive the design earthquake without major damage. Concrete compressive strains calculated in all frame-wall structures were much higher than the limit allowed for design, ${\varepsilon}_c$=0.0035, so confinement is required at the boundaries. For rectangular walls above the wall index value of 1.0% nearly all walls assure at least life safety (LS) performance criteria. It is proposed that in the design of dual systems where frames and walls are connected by link and transverse beams, the minimum value of wall index should be greater than 0.6%, in order to prevent excessive damage to wall members.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.1
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pp.79-83
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2010
The conventional welding technique such as shield metal arc welding has been mostly applied to the piping system of the nuclear power plants. It is well known that this welding technique causes the overheating and welding defects due to the large groove angle of weld. On the other hand, the narrow gap welding(NGW) technique has many merits, for instance, the reduction of welding time, the shrinkage of weld and the small deformation of the weld due to the small groove angle and welding bead width comparing with the conventional welds. These characteristics of NGW affect the deformation behavior and the distribution of welding residual stress of NGW, thus it is believed that the residual stress results obtained from conventional welding procedure may not be applied to structural integrity evaluation of NGW. In this paper, the welding residual stress of NGW was predicted using the nonlinear finite element analysis to simulate the thermal and mechanical effects of the NGW. The present results can be used as the important information to perform the flaw evaluation and to improve the weld procedure of NGW.
Grains display characteristics of both elastic bodies and viscous fluids when they are subjected to mechanical treatments in harvesting, handling, and processing. This viscoelastic behavior of grains when mechanically stressed must be fully understood to establish maximum machine efficiency and have a minimum degree of grain damage and the highest quality of the final product. The studies were conducted to examine the effect of the moisture content, the loading rate and the initial deformation on the stress relaxation behavior of whole kernel of rough rice, and develop the rheological model to represent its stress relaxation behavior. The following results were obtained from the study. 1. Moisture content had the greatest influence on the initial portion of the relaxation curve. With elapsing time the lower moisture content resulted in the lower residual stress for the Japonica-type rough rice and vice versa for the Indica-type rough rice. But within the ranges of moisture content tested, the degree of stress relaxation per unit strain on the Indica-type rough rice was a little higher than those on the Japonica-type rough rice. 2. The slower loading rate resulted in less initial stress. The decreasing trend of residual stress for all the samples tested with increasing loading rate was shown. 3. The higher initial deformation for all the samples resulted in less initial stress. The increasing of amount of stress relaxation per unit strain with increase of initial stress indicated that viscoelastic properties of rough rice depended not only upon duration of load applied but also initial stress applied. This means that rough rice is nonlinear viscoelastic material. 4. The compression stress relaxation properties of rough rice kernel can be described by a generalized Maxwell model representing by the Maxwell elements.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.5
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pp.489-494
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2013
This study aims to understand the mode characteristics of a droplet under a periodic forced vibration. To predict the resonance frequency of a droplet, theoretical and experimental approaches were employed. A high-speed camera was used to capture the various deformation characteristics of a droplet-mode shape, detachment, separated secondary droplet, and skewed deformation. The comparison between the theoretical and the experimental approaches shows a ~10% discrepancy in the prediction of the resonance frequency, which appears to be caused by the effect of contact line friction, nonlinear wall adhesion, and experimental uncertainty. Owing to contact-line pinning and smaller amplitude, the droplet shape becomes symmetric and the size of each lobe at the resonance frequency exceeds that at the neighbor, which is out of resonance.
In Chinese Design Codes, for super high-rise buildings with complex structural distribution, which are regarded as code-exceeding buildings, elasto-plastic time history analysis is needed to validate the requirement of "no collapse under rare earthquake". In this paper, a 117-story super high-rise building is discussed. It has a height of 597 m and a height-width ratio of 9.5, which have both exceeded the limitations stipulated by the Chinese Design Codes. Mega columns adopted in this structure have cross section area of about $45m^2$ at the bottom, which is infrequent in practical projects. NosaCAD and Perform-3D, both widely used in nonlinear analyses, were chosen in this study, with which two model were established and analyzed, respectively. Elasto-plastic time history analysis was conducted to look into its seismic behavior, emphasizing on the stress state and deformation abilities under intensive seismic excitation.From the comparisons on the results under rare earthquake obtained from NosaCAD and Perform-3D, the overall responses such as roof displacement, inter story drift, base shear and damage pattern of the whole structure from each software show agreement to an extent. Besides, the deformation of the structure is below the limitation of the Chinese Codes, the time sequence and distribution of damages on core tubes are reasonable, and can dissipate certain inputted energy, which indicates that the structure can meet the requirement of "no collapse under rare earthquake".
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2004.03b
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pp.968-976
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2004
In the paper, deformation characteristics of fiber-mixed-soils, mixed polypropylene staple fibers of 0.3% fiber content with sands of various gradation, and their effectiveness of reinforcement were evaluated. A series of Resonant Column tests were performed with specimens prepared with varying Uniformity Coefficient and constant Curvature Coefficient. Maximum shear moduli 01 fiber-mixed-soils were increased by up to 30% and modulus reduction was also restrained in nonlinear range. Normalized shear modulus reduction curves of fiber-mixed-soils shift close to the upper limit of Seed curd Idriss's curves and are located within narrower band than those of unmixed soils, which proves the effectiveness on stiffness increment by reinforcing soils with fibers.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.4
s.235
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pp.534-539
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2005
Nodal displacements are referred to the initial configuration in the total Lagrangian formulation and to the last converged configuration in the updated Lagrangian furmulation. This research proposes a relative nodal displacement method to represent the position and orientation for a node in truss structures. Since the proposed method measures the relative nodal displacements relative to its adjacent nodal reference frame, they are still small for a truss structure undergoing large deformations for the small size elements. As a consequence, element formulations developed under the small deformation assumption are still valid for structures undergoing large deformations, which significantly simplifies the equations of equilibrium. A structural system is represented by a graph to systematically develop the governing equations of equilibrium for general systems. A node and an element are represented by a node and an edge in graph representation, respectively. Closed loops are opened to form a spanning tree by cutting edges. Two computational sequences are defined in the graph representation. One is the forward path sequence that is used to recover the Cartesian nodal displacements from relative nodal displacement sand traverses a graph from the base node towards the terminal nodes. The other is the backward path sequence that is used to recover the nodal forces in the relative coordinate system from the known nodal forces in the absolute coordinate system and traverses from the terminal nodes towards the base node. One open loop and one closed loop structure undergoing large deformations are analyzed to demonstrate the efficiency and validity of the proposed method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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