A modified model combining Kriging and Monte Carlo method (MC) is proposed for probabilistic estimation of tunnel face stability in this paper. In the model, a novel uniform design is adopted to train the Kriging, instead of the existing active learning function. It has advantage of avoiding addition of new training points iteratively, and greatly saves the computational time in model training. The kinematic approach of limit analysis is employed to define the deterministic computational model of face failure, in which the Hoek-Brown failure criterion is introduced to account for the nonlinear behaviors of rock mass. The trained Kriging is used as a surrogate model to perform MC with dramatic reduction of calls to actual limit state function. The parameters in Hoek-Brown failure criterion are considered as random variables in the analysis. The failure probability is estimated by direct MC to test the accuracy and efficiency of the proposed probabilistic model. The influences of uncertainty level, correlation relationship and distribution type of random variables are further discussed using the proposed approach. In summary, the probabilistic model is an accurate and economical alternative to perform probabilistic stability analysis of tunnel face excavated in spatially random Hoek- Brown media.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.10
no.5
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pp.545-565
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2018
A numerical code is developed based on potential flow theory to investigate nonlinear sloshing in rectangular Liquefied Natural Gas (LNG) tanks under forced excitation. Using this code, internal free-surface elevation and sloshing loads on liquid tanks can be obtained both in time domain and frequency domain. In the mathematical model, acceleration potential is solved in the calculation of pressure on tanks and the artificial damping model is adopted to account for energy dissipation during sloshing. The Boundary Element Method (BEM) is used to solve boundary value problems of both velocity potential and acceleration potential. Numerical calculation results are compared with published results to determine the efficiency and accuracy of the numerical code. Sloshing properties in partially filled rectangular and membrane tank under translational and rotational excitations are investigated. It is found that sloshing under horizontal and rotational excitations share similar properties. The first resonant mode and excitation frequency are the dominant response frequencies. Resonant sloshing will be excited when vertical excitation lies in the instability region. For liquid tank under rotational excitation, sloshing responses including amplitude and phase are sensitive to the location of the center of rotation. Moreover, experimental tests were conducted to analyze viscous effects on sloshing and to validate the feasibility of artificial damping models. The results show that the artificial damping model with modifying wall boundary conditions has better applicability in simulating sloshing under different fill levels and excitations.
The model tests are conducted to assess the behavior characteristics of geogrid reinforced soil walls according to different surcharge pressures and reinforcement spacings. The models are built in the box having dimension, 100cm tall, 140cm long, and 100cm wide. The reinforcement used is geogrid(tensile strength 2.26t/m). Decomposed ganite soil(SM) is used as a backfill material. The strain gauges and LVDTs are Installed to obtain the strain in the reinforcements and the displacements of the wall face. From the results, it can be concluded that the more the reinforcement tensile strength increases, the more the wall displacements and the geogrid strains decreases. The maximum wall displacements and geogrid strains of the model walls occur due to the uniform surcharge pressure at the 0.7H from the bottom of the wall. The horizontal displacements of the wall face nonlinearly increase with the increase of surcharge pressures, and this nonlinear behavior is significantly presented for larger surcharge due to the nonlinear tensile strength-strain relationship of the reinforcements.
Several design methods from overseas are employed without considering different conditions such as material properties, climate, and traffic condition in this country. Therefore, there are limitations in application. Therefore, new pavement analysis system which is able to design a pavement efficiently and economically should be set up. In this study, 243 probable sections are classified depending on values of layer thickness and elastic modulus, and the effect of load types for the probable sections are analyzed. The section showing larger load distribution is chosen for analysis. As a result of sensitivity, a layer thickness has more influence on pavement than an elastic modulus does. The stress distribution of FWD test load is larger than that of circular load. This study compares outputs between nonlinear elastic model and linear elastic model. Based on the result, this study finds nonlinear elastic model considering stress condition in the ground is recommended for subbase.
PURPOSES : In this study, a fracture-based finite element (FE) model is proposed to evaluate the fracture behavior of fiber-reinforced asphalt (FRA) concrete under various interface conditions. METHODS : A fracture-based FE model was developed to simulate a double-edge notched tension (DENT) test. A cohesive zone model (CZM) and linear viscoelastic model were implemented to model the fracture behavior and viscous behavior of the FRA concrete, respectively. Three models were developed to characterize the behavior of interfacial bonding between the fiber reinforcement and surrounding materials. In the first model, the fracture property of the asphalt concrete was modified to study the effect of fiber reinforcement. In the second model, spring elements were used to simulated the fiber reinforcement. In the third method, bar and spring elements, based on a nonlinear bond-slip model, were used to simulate the fiber reinforcement and interfacial bonding conditions. The performance of the FRA in resisting crack development under various interfacial conditions was evaluated. RESULTS : The elastic modulus of the fibers was not sensitive to the behavior of the FRA in the DENT test before crack initiation. After crack development, the fracture resistance of the FRA was found to have enhanced considerably as the elastic modulus of the fibers increased from 450 MPa to 900 MPa. When the adhesion between the fibers and asphalt concrete was sufficiently high, the fiber reinforcement was effective. It means that the interfacial bonding conditions affect the fracture resistance of the FRA significantly. CONCLUSIONS : The bar/spring element models were more effective in representing the local behavior of the fibers and interfacial bonding than the fracture energy approach. The reinforcement effect is more significant after crack initiation, as the fibers can be pulled out sufficiently. Both the elastic modulus of the fiber reinforcement and the interfacial bonding were significant in controlling crack development in the FRA.
Volume of concrete slab changes by temperature and moisture effects. At that time, tensile stress develops because the slab volume change is restrained by friction resistance between the slab and subbase, and then crack occurs occasionally. Accordingly, researchers have made efforts to figure out the friction characteristics between the slab and subbase by performing push-off tests. Lately, researches to analyze concrete pavement behavior by the friction characteristics have been performed by finite element method. In this study, The friction characteristics between the slab and subbase were investigated based on the friction test results for lean concrete, aggregate, and asphalt subase widely used in Korean concrete pavements. The energy method bilinearizing relation between nonlinear friction resistance and displacement were suggested. The friction test was modeled by 3-D finite element program, ABAQUS, and the model was verified by comparing the analyzed results to the test results. The bilinear model developed by the energy method was validated by comparing analysis results obtained by using the nonlinear and bilinear friction resistance displacement relation as input data. A typical Korean concrete pavement was modeled by ABAQUS and EverFE and analyzed results were compared to evaluate applicability of the bilinear model.
Park, J.W.;Kil, M.G.;Yoon, J.S.;Kang, B.S.;Lee, K.
Transactions of Materials Processing
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v.26
no.6
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pp.341-347
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2017
Flexibly-reconfigurable roll forming (FRRF) is a novel sheet metal forming technology conducive to produce multi-curvature surfaces by controlling strain distribution along longitudinal direction. Reconfigurable rollers could be arranged to implement a kind of punch die set. By utilizing these reconfigurable rollers, desired curved surface can be formed. In FRRF process, three-dimensional surface is formed from two-dimensional curve. Thus, it is difficult to predict the forming result. In this study, a regression analysis was suggested to construct a predictive model for a longitudinal curvature of FRRF process. To facilitate investigation, input parameters affecting the longitudinal curvature of FRRF were determined as maximum compression value, curvature radius in the transverse direction, and initial blank width. Three-factor three-level full factorial experimental design was utilized and 27 experiments using FRRF apparatus were performed to obtain sample data of the regression model. Regression analysis was carried out using experimental results as sample data. The model used for regression analysis was a quadratic nonlinear regression model. Determination factor and root mean square root error were calculated to confirm the conformity of this model. Through goodness of fit test, this regression predictive model was verified.
Kim Chul-Seung;Kong Se-Jin;Kwon Sun-Duck;Kim Jong-Moon;Eom Gwang-Moon
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.23
no.7
s.184
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pp.152-158
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2006
The objective of this work is to develop the knee joint model for representing various pendulum motions and quantifying the spasticity. Knee joint model included the extension and flexion muscles. The joint moment consists of both the active moment from the stretch reflex and the passive moment from the viscoelastic joint properties. The stretch reflex was modeled as nonlinear feedback of muscle length and the muscle lengthening velocity, which is Physiologically-feasible. Moreover, we modeled the spastic reflex as having dynamic threshold to account far the various pendulum trajectories of spastic patients. We determined the model parameters of three patients who showed different pendulum trajectories through minimization of error between experimental and simulated trajectories. The simulated joint trajectories closely matched with the experimental ones, which show the proposed model can predict pendulum motions of patients with different spastic severities. The predicted muscle force from spastic reflex appeared more frequently in the severe spastic patient, which indicates the dynamic threshold relaxes slowly in this patient as is manifested by the variation coefficient of dynamic threshold. The proposed method provides prediction of muscle force and intuitive and objective evaluation of spasticity and it is expected to be useful in quantitative assessment of spasticity.
The statistical regression model is one of the most frequently used clinical analysis methods. It has basic assumption of linearity, additivity and normal distribution of data. However, most of biological data in medical field are nonlinear and unevenly distributed. To overcome the discrepancy between the basic assumption of statistical model and actual biological data, we propose a new analytical method based on artificial neural network. The newly developed multilayer perceptron(MLP) is trained with 120 data set (60 normal, 60 patient). On applying test data, it shows the discrimination power of 0.76. The diabetic risk factors were also identified from the MLP neural network model and the logistic regression model. The signigicant risk factors identified by MLP model were post prandial glucose level(PP2), sex(male), fasting blood sugar(FBS) level, age, SBP, AC and WHR. Those from the regression model are sex(male), PP2, age and FBS. The combined risk factors can be identified using the MLP model. Those are total cholesterol and body weight, which is consistent with the result of other clinical studies. From this experiment we have learned that MLP can be applied to the combined risk factor analysis of biological data which can not be provided by the conventional statistical method.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.20
no.1
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pp.30-36
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1984
It is well known that the application of linear elastic fracture mechanics is inadequate to solve the large deformation fracture failures which occurr in ductile manner because of the large scale yielding due to the severe stress concentration in the region adjacent to the crack tip. The authors have been evolved a fracture model, the crack plane equilibrium model, for this kinds of elastic-plastic fracture problems in the previous report. In this report, the crack plane equilibrium model was compared with the Irwin's plastic zone corrected linear elastic fracture mechanics through theoretical comparisons and experimental results to examine the validity of the crack plane equilibrium model as an available tool for nonlinear fracture analysis. Through this study, the main results were reached as follows; Irwin's plastic zone corrected linear elastic fracture mechanics could be applicable only for small scale yielding problems as expected while the crack plane equilibrium model valid as a fracture model for large deformation fracture failure. However, the followings should be considered for the more precise evaluations of CPE model; 1) It is necessary to test more specimens which contain small cracks in the range of 2a/W<0.1. 2) It is important to detect the crack initiation point during the fracture test for determining an accurate fracture load. 3) Effects of specimen thickness in the fracture process zone should be examined.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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