The objective of this study is to formulate a general 3D material-structural analysis framework for the thermomechanical behavior of steel-concrete structures in a fire environment. The proposed analysis framework consists of three sequential modeling parts: fire dynamics simulation, heat transfer analysis, and a thermomechanical stress analysis of the structure. The first modeling part consists of applying the NIST (National Institute of Standards and Technology) Fire Dynamics Simulator (FDS) where coupled CFD (Computational Fluid Dynamics) with thermodynamics are combined to realistically model the fire progression within the steel-concrete structure. The goal is to generate the spatial-temporal (ST) solution variables (temperature, heat flux) on the surfaces of the structure. The FDS-ST solutions are generated in a discrete form. Continuous FDS-ST approximations are then developed to represent the temperature or heat-flux at any given time or point within the structure. An extensive numerical study is carried out to examine the best ST approximation functions that strike a balance between accuracy and simplicity. The second modeling part consists of a finite-element (FE) transient heat analysis of the structure using the continuous FDS-ST surface variables as prescribed thermal boundary conditions. The third modeling part is a thermomechanical FE structural analysis using both nonlinear material and geometry. The temperature history from the second modeling part is used at all nodal points. The ABAQUS (2003) FE code is used with external user subroutines for the second and third simulation parts in order to describe the specific heat temperature nonlinear dependency that drastically affects the transient thermal solution especially for concrete materials. User subroutines are also developed to apply the continuous FDS-ST surface nodal boundary conditions in the transient heat FE analysis. The proposed modeling framework is applied to predict the temperature and deflection of the well-documented third Cardington fire test.
Journal of the Korean Institute of Landscape Architecture
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v.40
no.4
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pp.127-134
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2012
This study was carried out to suggest an experimental base in selecting the cold tolerance of plants. The cold tolerance of the plants were subject to laboratory low temperature treatments and cold processing time were evaluated using both electrolyte leakage and regrowth test. The Logistic model of nonlinear regression analysis was used to evaluate the lethal temperatures that were predicted with the range of $-16.1{\sim}-24.4^{\circ}C$. The order of low-temperature resistance was Sedum reflexum > S. spurium > Ophiopogon japonicus > S. album > S. takevimense > Dianthus chinensis. At the lowest temperature of $13.4^{\circ}C$ the electrolyte leakage value of the plants were lower than 50% demonstrating that they could be applied stably to the roof installed in Korea during the winter with the lowest temperature of $-13.5^{\circ}C$.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.42
no.5
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pp.151-159
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2000
Dynamic loading of structures often causes excursions of stresses will into the inelastic range and the influence of geometry changes on the response is also significant in may cases. In general , the shell structures designed according to quasi-Static analysis may collapse under condition of dynamic loading. Therefore, for a more realistic prediction on the lad carrying capacity of these shell. both material and geometric nonlinear effects should be considered. In this study , the material nonlinearity effect on the dynamic response is formulated by the elasto-viscoplastic model highly corresponding to the real behavior of the material. Also, the geometrically nonlinear behavior is taken into account using a Total Lagrangian formulation. the reinforcing bars are modeled by the equivalent steel layer at the location of reinforcements, and Von Mises yield criteria is adopted for the steel layer behavior. Also, Drucker-Prager yield criteria is applied for the behavior of concrete. the shape imperfection of dome is assumed as 'dimple type' which can be expressed Wd1=Wd0(1-(r-a)m)n while the shape imperfection of wall is assumed as sinusoidal curve which is Wwi =Wwo sin(n $\pi$y/l). In numerical test, three cases of shape imperfection of 0.0 -5.0cm(opposite direction to loading ; inner shape imperfection)and 5cm (direction to loading : outward shape imperfection) and thickness of steel layer determined by steel ratio of 0,3, and 5% were analyzed. The effect of shape imperfection and steel ratio and behavior characteristics of perfect shape shell and imperfect shape shell are identified through analysis of above mentioned numerical test. Dynamic behaviors of dome and wall according toe combination of shape imperfection and steel ratio are also discussed in this paper.
Zhou, Cong;Chase, J. Geoffrey;Rodgers, Geoffrey W.;Xu, Chao;Tomlinson, Hamish
Smart Structures and Systems
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v.16
no.1
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pp.163-181
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2015
This research investigates the structural health monitoring of nonlinear structures after a major seismic event. It considers the identification of flag-shaped or pinched hysteresis behavior in response to structures as a more general case of a normal hysteresis curve without pinching. The method is based on the overall least squares methods and the log likelihood ratio test. In particular, the structural response is divided into different loading and unloading sub-half cycles. The overall least squares analysis is first implemented to obtain the minimum residual mean square estimates of structural parameters for each sub-half cycle with the number of segments assumed. The log likelihood ratio test is used to assess the likelihood of these nonlinear segments being true representations in the presence of noise and model error. The resulting regression coefficients for identified segmented regression models are finally used to obtain stiffness, yielding deformation and energy dissipation parameters. The performance of the method is illustrated using a single degree of freedom system and a suite of 20 earthquake records. RMS noise of 5%, 10%, 15% and 20% is added to the response data to assess the robustness of the identification routine. The proposed method is computationally efficient and accurate in identifying the damage parameters within 10% average of the known values even with 20% added noise. The method requires no user input and could thus be automated and performed in real-time for each sub-half cycle, with results available effectively immediately after an event as well as during an event, if required.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.6A
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pp.819-825
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2008
This paper describes the shaping formation and the erection of SCST structure by cable-tensioning. It could be a fast and economical method for constructing the space structure consisted with uniform pyramids by cable-tensioning of the cable in bottom chords. In the initial layout, the top chords and web members are left at their true length, the bottom chords are given gaps in proportion to the desired final shape. The feasibility of the proposed shaping method and the reliability of the established geometric model were confirmed with nonlinear finite element analysis and an experimental investigation on small scale and full size test models. As a result, the behaviour characteristic of MERO joint is very significant in shaping analysis of space structure. This study suggests the most reasonable modeling technique for the prediction of shaping in practices. And it is shown the characteristic of the behavior in shaping test for practical design purposes.
Yun, Ik Jung;Lho, Byeong Cheol;Kim, Moon Kyum;Cho, Sung Young
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.2A
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pp.207-214
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2008
This study presents a way to validate the quality level of the proposed connection type and verify the experimental test, and performs a 3D nonlinear analysis corresponding to the experimental test. Two mixed-structure beams were cast and tested under a four-point static loading. Force-displacement relation, force-strain relation, force-opening width, and failure mode were observed from comparing the numerical results of the adopted FE model. Nonlinear analysis of mixed structures was carried out by utilizing the contact elements of a general purpose structural analysis computer program (ABAQUS). The results of numerical and experimental simulation show that the proposed L-shaped connection has greater stiffness under flexural loading and better structural performance with regard to the connection.
A finite element model development of a 50th percentile male cervical spine is presented in this paper. The model consists of rigid, geometrically accurate vertebrae held together with deformable intervertibral disks, facet joints, and ligaments modeled as a series of nonlinear springs. These deformable structures were rigorously tuned, through failure, to mimic existing experimental data; first as functional unit characterizations at three cervical levels and then as a fully assembled c-spine using the experimental data from Duke University and other data in the NHTSA database. After obtaining satisfactory validation of the performance of the assembled ligamentous cervical spine against available experimental data, 22 cervical muscle pairs, representing the majority of the neck's musculature, were added to the model. Hill's muscle model was utilized to generate muscle forces within the assembled cervical model. The muscle activation level was assumed to be the same for all modeled muscles and the degree of activation was set to correctly predict available human volunteer experimental data from NBDL. The validated model is intended for use as a post processor of dummy measurement within the simulated injury monitor (SIMon) concept being developed by NHTSA where measured kinematics and kinetic data obtained from a dummy during a crash test will serve as the boundary conditions to "drive" the finite element model of the neck. The post-processor will then interrogate the model to determine whether any ligament have exceeded its known failure limit. The model will allow a direct assessment of potential injury, its degree and location thus eliminating the need for global correlates such as Nij.
Numerical simulation of dynamic soil-pile-structure interaction embedded in a dry sand was carried out. 3D model of the dynamic centrifuge model tests was formulated in a time domain to consider nonlinear behavior of soil using the finite difference method program, FLAC3D. As a modeling methodology, Mohr-Coulomb criteria was adopted as soil constitutive model. Soil nonlinearity was considered by adopting the hysteretic damping model, and an interface model which can simulate separation and slip between soil and pile was adopted. Simplified continuum modeling (Kim et al., 2012) was used as boundary condition to reduce analysis time. Calibration process for numerical modeling results and test results was performed through the parametric study. Verification process was then performed by comparing numerical modeling results with another test results. Based on the calibration and validation procedure, it is identified that proposed modeling method can properly simulate dynamic behavior of soil-pile system in dry condition.
Yoon, Chang Gyu;Jang, Jin Seok;Jin, Jae Hoon;Yoo, Wan Suk
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.1
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pp.45-53
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2015
Large-capacity of household washing machine can become unbalanced during the dehydration process. To solve this problem, several types of suspensions have been installed in a washing machine. In this study, physical tests were carried out on a frictional suspension, and the nonlinear characteristics were modeled by combining several simple physical models. The parameters were estimated based on the least squares solution. The simulation and test results were compared to verify the validity of the friction damper model.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2010.09a
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pp.515-518
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2010
Horizontal forces may form a major part of the loading system for structures supported on pile groups. It is known that during a strong earthquake, the dynamic behavior of a group-pile foundation is related not only to the inertial force coming from the superstructures but also to the deformation of the surrounding ground. Therefore, it is necessary to understand the behaviors of the group-pile foundations and superstructures during major earthquakes. In this paper, numerical simulation of real-scale group-pile foundation subjected to horizontal cyclic loading is conducted by using a program named as DBLEAVES. In the analysis, nonlinear behaviors of ground and piles are described by cyclic mobility model and axial force dependent model (AFD model). The purpose of this paper is to prove availability of the analysis method by comparing numerical results and test results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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