In this study, we investigate the mechanical behavior of each skin layer, in terms of the nominal stress-strain curve by uniaxial tensile tests using specimens of porcine skin in two forms: dermis containing epidermis, and all three layers. All tests were performed under cyclic loading at the constant strain rate of 10-3 s-1 at ambient temperature. To measure the precise initial cross-sectional areas of each layer, the thickness of each skin layer was quantified by counting the number of pixels on the photo-image using image-processing software. In the tensile test, force-strain curves of the total skin and dermis with epidermis were obtained. Subsequently, a rule of mixtures was applied to determine the nonlinear mechanical properties of the hypodermis layer. In conclusion, we could define the uniaxial tensile behavior of the hypodermis, and additionally predict the weight effect of the dermis and hypodermis layers in the tensile test.
Duncan & Chang(1970) proposed the Duncan-Chang model that a linear relation of transformed stress-strain plots was reconstituted from a nonlinear relation of stress-strain curve of triaxial compression test using hyperbolic theory so as to estimate an initial tangent modulus and ultimate deviator stress for the soil specimen. Although the transformed stress-strain plots show a linear relationship theoretically, they actually show a nonlinearity at both low and high values of strain of the test. This phenomenon indicates that the stress-strain curve is not a complete form of a hyperbola. So, if linear regression analyses for the transformed stress-strain plot are performed over a full range of strain of a test, error in the estimation of their linear equations is unavoidable depending on ranges of strain with non-linearity. In order to reduce such an error, a modified regression analysis method is proposed in this study, in which linear regression analyses for transformed stress-strain plots are performed over the entire range of strain except the range the non-linearity is shown around starting and ending of the test, and then the initial tangent modulus and ultimate deviator stresses are calculated. Isotropically consolidated-drained triaxial compression tests were performed on compacted weathered soil with a modified Proctor density to obtain their model parameters. The modified regression analyses for transformed stress-strain plots were performed and analyzed results are compared with results estimated by 2 points method (Duncan et al., 1980). As a result of analyses, initial tangent moduli are about 4.0% higher and ultimate deviator stresses are about 2.9% lower than those values estimated by Duncan's 2 points method.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.31
no.3A
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pp.153-162
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2011
Composite box-girder with corrugated steel webs has been widely used in civil engineering practice as an alternative of conventional pre-stressed concrete box-girder because the efficiency of pre-stressing can be increased and weight reduction of superstructure can be achieved by replacing concrete webs as a corrugated steel webs. However, most of previous researches were limited in shear and flexural behavior of such girder so that the torsional behaviors of composite box-girder with corrugated steel webs are not fully understood yet and it needs to be investigated. Some of previous researchers developed the nonlinear theory for torsional analysis of composite box-girder with corrugated steel webs. However, their theories were developed by ignoring the tensile behavior of concrete. Thus, there are certain limitations in analysis of serviceability such as cracking moment and torsional stiffness of the girder. This paper presents the analytical model for torsional behavior of composite box-girder with corrugated steel webs considering tensile behavior of concrete. Based on the proposed analytical model, nonlinear torsional analysis program of composite box-girder with corrugated steel webs was developed. Then, for verification of validation of the developed model, test for the girder was conducted and the results were compared with those of analytical model. Finally, parametric study was conducted and the effects of tensile behavior of concrete on the torsional behavior of the girder were discussed.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.19
no.2
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pp.197-215
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2015
Modeling water flow in variably saturated, porous media is important in many branches of science and engineering. Highly nonlinear relationships between water content and hydraulic conductivity and soil-water pressure result in very steep wetting fronts causing numerical problems. These include poor efficiency when modeling water infiltration into very dry porous media, and numerical oscillation near a steep wetting front. A one-dimensional finite element formulation is developed for the numerical simulation of variably saturated flow systems. First order backward Euler implicit and second order Crank-Nicolson time discretization schemes are adopted as a solution strategy in this formulation based on Picard and Newton iterative techniques. Five examples are used to investigate the numerical performance of two approaches and the different factors are highlighted that can affect their convergence and efficiency. The first test case deals with sharp moisture front that infiltrates into the soil column. It shows the capability of providing a mass-conservative behavior. Saturated conditions are not developed in the second test case. Involving of dry initial condition and steep wetting front are the main numerical complexity of the third test example. Fourth test case is a rapid infiltration of water from the surface, followed by a period of redistribution of the water due to the dynamic boundary condition. The last one-dimensional test case involves flow into a layered soil with variable initial conditions. The numerical results indicate that the Crank-Nicolson scheme is inefficient compared to fully implicit backward Euler scheme for the layered soil problem but offers same accuracy for the other homogeneous soil cases.
It is expected that recent development of the mechanical model will replace previous empirical methods of detailing. In this study, a mechanical model is proposed to analyze the behavior of the anchorage zone of prestressed concrete members. Main characteristics of the proposed model lies on its rational consideration of material properties, and concrete strength in biaxial stress state and that of local zone reinforced by spirals. Shear friction strength of concrete surrounding spirals are also considered. The results of' the proposed method as well as the known Strut-and-Tie method and nonlinear finite element analysis are compared with some typical experimental results. We get good agreement to the failure mode as well as the failure load from test results. And it can be shown that three dimentional failure mechanism, which cannot be expected by the method based on 2D analysis, can be explained by proposed model.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.48
no.3
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pp.275-280
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2011
In the present study, a unified viscoplastic-damage model has been applied in order to describe the mechanical characteristics of fresh water ice such as nonlinear material behavior and volume fraction. The strain softening phenomenon of fresh water ice under quasi-static compressive loading has been evaluated based on unified viscoplastic model. The material degradation such as growth of slip/fraction has quite close relation with material inside damage. The volume fraction phenomenon of fresh water ice has been identified based on volume fraction (nucleation and growth of damage) model. The viscoplastic-damage model has been transformed to the fully implicit formulation and the discretized formulation has been implemented to ABAQUS user defined subroutine (User MATerial: UMAT) for the benefit of application of commercial finite element program. The proposed computational analysis method has been compared to uni-axial compression test of fresh water ice in order to validate the compatibilities, clarities and usefulness.
Soft bending actuators have gained significant interest in robotic applications due to their compliance and lightweight nature. Their compliance allows for safer and more natural interactions with humans or other objects, reducing the risk of injury or damage. However, the nonlinear behaviour of soft actuators presents challenges in accurately predicting their bending motion and force exertion. In this research, a new comprehensive study has been conducted by employing a developed 3D finite element model (FEM) to investigate the effect of geometrical and material parameters on the bending behaviour of a soft pneumatic actuator reinforced with Kevlar fibres. A series of experiments are designed to validate the FE model, and the FE model investigates the improvement of actuator performance. The material used for fabricating the actuator is RTV-2 silicone rubber. In this study, the Cauchy stress was expanded for hyperelastic models and the best model to express the stress-strain behaviour based on ASTM D412 Type C tensile test for this material has been obtained. The results show that the greatest bending angle was achieved for the semi-elliptical actuator made of RTV2 material with a pitch of 1.5 mm and second layer thickness of 1 mm. In comparison, the maximum response force was obtained for the semi-elliptical actuator made of RTV2 material with a pitch of 6 mm and a second layer thickness of 2 mm. Additionally, this research opens up new possibilities for development of safer and more efficient robotic systems that can interact seamlessly with humans and their environment.
This study aims to analyze the sensitivity of WSM(weighted scenario method)-AHP method according to variation of nonlinear exponent for accessibility criteria, which are used to make urbanization potential maps with the optimal weighting value for multiple criteria in grid-based GIS technique. Besides this study tried to develop WSM-AHP2 which is simplified by using rank of the potential value for each scenario. The two methods were applied to the test area, Suwon city located south area of Seoul, with time series land-use maps of 1986 and 1996. The evaluation system of urbanization potential have 7 criteria including 6 accessibility criteria. The results of WSM-AHP2, the optimal weighting values and their corresponding potential maps, have almost similar with those of WSM-AHP. In the application of CA(cellular automata) model for expansion of urbanized area using the three potential maps by WSM-AHP, WSM-AHP2, and specialists's AHP evaluation, it also showed that the accuracy of simulation for actual urban area is the highest in the potential map of WSM-AHP, followed by WSM-AHP2 and specialists's AHP evaluation. From the results of this study, WSM-AHP and simplified WSM-AHP2 will be used to generate the optimal potential maps for land-use planning in urban fringe area.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.3
no.2
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pp.204-213
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1997
In this paper, an application of fuzzy-neuron reasoning to the control of an activated sludge plant is presented. The activated sludge process is widely used in modern wastewater treatment plants. The operation control of the activated sludge process, however, is difficult due to the following reasons : 1)The complexity of the wastewater components, 2)the change of the wastewater influent, and 3)the adjustment errors in the control process. Because of these reasons, it is difficult to obtain mathematical model that really reflect the relationship between the variables and parameters in the process of wastewater treatment correctively and effectively. In this paper, the activated sludge process(A.S.P.) is modeled by a new fuzzy-neuron network representing nonlinear characteristics. These fuzzy-neurons have fuzzy rules with complementary membership function. Based on the constructed model, graphic simulator on X-window system as a graphic integrated environment is implemented. The efficacy of the proposed control scheme was evaluated and demonstrated by means of the field test.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.6
no.2
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pp.129-143
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1998
The vibrations of steering wheel are required to be reduced for convenient ride quality and good controllability. This phenomenon, vibration of steering wheel, is occured by interaction with suspension system, steering system, vehicle body, engine/transmission and tire complicately. But reviewing the current research activities, most researches are performed for the vibration analysis of steering wheel with a simple model, and mot easy to be applied to the variation of each component element connected with steering system as well as that of the steering system. In this study, suspension system and steering system are modelled by the T.L.H. coordinate system which is usually used by a passenger car maker. Also, rigid body motions of engine and elastic motions of vehicle body in the previous study are considered. Derive the equation of motion in 29 d.o.f. and the vibration of steering wheel is analyzed numerically and verify the midelling of steering system by comparison with test results for real car. And then, the optimal design values of the engine mount system obtained from the previous study are applied to the verified steering system model and investigate the effects of various engine mount design values on the vibration of steering wheel.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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