A forecast of slope behavior during catastrophic events, such as earthquakes is crucial to recognize the risk of slope failure. This paper endeavors to eliminate the significant supposition of predefined slip surfaces in the slope stability analysis, which questions the relevance of simple conventional methods under seismic conditions. To overcome such limitations, a methodology dependent on the slip line hypothesis, which permits an automatic generation of slip surfaces, is embraced to trace the extreme slope face under static and seismic conditions. The effect of earthquakes is considered using the pseudo-static approach. The current outcomes developed from a parametric study endorse a non-linear slope surface as the extreme profile, which is in accordance with the geomorphological aspect of slopes. The proposed methodology is compared with the finite element limit analysis to ensure credibility. Through the design charts obtained from the current investigation, the stability of slopes can be assessed under seismic conditions. It can be observed that the extreme slope profile demands a flat configuration to endure the condition of the limiting equilibrium at a higher level of seismicity. However, a concurrent enhancement in the shear strength of the slope medium suppresses this tendency by offering greater resistance to the seismic inertial forces induced in the medium. Unlike the traditional linear slopes, the extreme slope profiles mostly exhibit a steeper layout over a significant part of the slope height, thus ensuring a more optimized solution to the slope stability problem. Further, the susceptibility of the Longnan slope failure in the Huining-Wudu seismic belt is predicted using the current plasticity approach, which is found to be in close agreement with a case study reported in the literature. Finally, the concept of equivalent single or multi-tiered planar slopes is explored through an example problem, which exhibits the appropriateness of the proposed non-linear slope geometry under actual field conditions.
A reliability-groundwater flow analysis is performed and the influence of flow parameters on the probability of exceeding the threshold value is examined. For this study, the 3-D numerical groundwater flow program, DGU-FLOW, is developed by extending the 2-D flow program and is coupled to the first and second order reliability program. The 3-D flow program is verified by solving the examples of groundwater flow through the underground excavation and comparing the results from commercial MODFLOW program. Reliability routine of the program is also verified by comparing the probability of failure with that of Monte-Carlo Simulation. The reliability analysis of the groundwater flow showed that the probability of failure from the first and second order reliability method are quite close to that of Monte-Carlo Simulation. from the parametric study of hydraulic conductivity of soil layers, the increase of both mean and variance of hydraulic conductivity results in the increase of probability of exceeding the threshold flow quantity. The probability of failure was more sensitive to constant head located at the end of the flow domain than the other parameters.
This paper has focused on presenting vibration analysis of trapezoidal sandwich plates with a damaged core and FG wavy CNT-reinforced face sheets. A damage model is introduced to provide an analytical description of an irreversible rheological process that causes the decay of the mechanical properties, in terms of engineering constants. An isotropic damage is considered for the core of the sandwich structure. The classical theory concerning the mechanical efficiency of a matrix embedding finite length fibers has been modified by introducing the tube-to-tube random contact, which explicitly accounts for the progressive reduction of the tubes' effective aspect ratio as the filler content increases. The First-order shear deformation theory of plate is utilized to establish governing partial differential equations and boundary conditions for the trapezoidal plate. The governing equations together with related boundary conditions are discretized using a mapping-generalized differential quadrature (GDQ) method in spatial domain. Then natural frequencies of the trapezoidal sandwich plates are obtained using GDQ method. Validity of the current study is evaluated by comparing its numerical results with those available in the literature. After demonstrating the convergence and accuracy of the method, different parametric studies for laminated trapezoidal structure including carbon nanotubes waviness (0≤w≤1), CNT aspect ratio (0≤AR≤4000), face sheet to core thickness ratio (0.1 ≤ ${\frac{h_f}{h_c}}$ ≤ 0.5), trapezoidal side angles (30° ≤ α, β ≤ 90°) and damaged parameter (0 ≤ D < 1) are carried out. It is explicated that the damaged core and weight fraction, carbon nanotubes (CNTs) waviness and CNT aspect ratio can significantly affect the vibrational behavior of the sandwich structure. Results show that by increasing the values of waviness index (w), normalized natural frequency of the structure decreases, and the straight CNT (w=0) gives the highest frequency. For an overall comprehension on vibration of laminated trapezoidal plates, some selected vibration mode shapes were graphically represented in this study.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.28
no.1
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pp.21-32
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2024
This study performed the seismic response analysis of an LNG storage tank supported by a disconnected piled raft foundation (DPRF) with a load transfer platform (LTP). For this purpose, a precise analytical model with simultaneous consideration of Fluid-Structure Interaction (FSI) and Soil-Structure Interaction (SSI) was used. The effect of the LTP characteristics (thickness, stiffness) of the DPRF system on the seismic response of the superstructure (inner and outer tanks) and piles was analyzed. The analytical results were compared with the response of the piled raft foundation (PRF) system. The following conclusions can be drawn from the numerical results: (1) The DPRF system has a smaller bending moment and axial force at the head of the pile than the PRF system, even if the thickness and stiffness of the LTP change; (2) The DPRF system has a slight stiffness of the LTP and the superstructure member force can increase with increasing thickness. This is because as the stiffness of the LTP decreases and the thickness increases, the natural frequency of the LTP becomes closer to the natural frequency of the superstructure, which may affect the response of the superstructure. Therefore, when applying the DPRF system, it is recommended that the sensitivity analysis of the seismic response to the thickness and stiffness of the LTP must be performed.
This paper presents a logarithmic shear deformation theory to study the thermal buckling response of power-law FG one-dimensional structures in thermal conditions with different boundary conditions. It is assumed that the functionally graded material and thermal properties are supposed to vary smoothly according to a contentious function across the vertical direction of the beams. A P-FG type function is employed to describe the volume fraction of material and thermal properties of the graded (1D) beam. The Ritz model is employed to solve the thermal buckling problems in immovable boundary conditions. The outcomes of the stability analysis of FG beams with temperature-dependent and independent properties are presented. The effects of the thermal loading are considered with three forms of rising: nonlinear, linear and uniform. Numerical results are obtained employing the present logarithmic theory and are verified by comparisons with the other models to check the accuracy of the developed theory. A parametric study was conducted to investigate the effects of various parameters on the critical thermal stability of P-FG beams. These parameters included support type, temperature fields, material distributions, side-to-thickness ratios, and temperature dependency.
Flat-plate building systems are utilized extensively for construction of apartments, hotels and office buildings because of short construction period, low floor-to-floor height and flexibility in plan design. Recently, to increase lateral seismic resistance of flat-plate building systems, wall-columns are used frequently. Therefore, to estimate strength of flat-plate column connection accurately, the effect of column section shape on the behavior of flat-plate column connection should be considered properly, In the present study, a numerical analysis was performed for interior connections of continuous flat-plate to analyze the effect of column section shape. For the purpose, a computer program for nonlinear FE analysis was developed, and the validity was verified. Through the parametric study, the variations of shear stress distribution around the connection were investigated. According to the result of numerical analysis, as the length of the cross section of column in the direction of lateral load increases, the effective area and the maximum shear strength providing the torsional resistance decrease considerably. Therefore, these effects should be considered properly to estimate the strength of flat-plate connection accurately.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.30
no.5
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pp.389-396
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2017
Peridynamics has been widely used in the dynamic fracture analysis of brittle materials. Recently, various crack patterns(compact region, floret, Hertz-type crack, etc.) of multilayered glass structures in experiments(Bless et al. 2010) were implemented with a bond-based peridynamic simulation(Bobaru et al.. 2012). The actual glass layers are bound with thin elastic interlayer material while the interlayer is missing from the peridynamic model used in the previous numerical study. In this study, the peridynamic interlayer modeling for the multilayered structures is proposed. It requires enormous computational time and memory to explicitly model very thin interlayer materials. Instead of explicit modeling, fictitious peridynamic particles are introduced for modeling interlayer materials. The computational efficiency and accuracy of the proposed peridynamic interlayer model are verified through numerical tests. Furthermore, preventing penetration scheme based on short-range interaction force is employed for the multilayered structure under compression and verified through parametric tests.
Sinyoung Park;Edam Choi;Eunjo Han;Jin Geon Kim;Dahae Lee;Eunkwang Lee;Minwoo Lee
Journal of Aerospace System Engineering
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v.18
no.1
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pp.53-63
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2024
Adopting an engine igniter with high efficiency and ignition performance is essential for reliable operation of liquid rocket engines. In this study, we developed a spark torch igniter for a 450 N-scale methane-oxygen liquid rocket engine by conducting numerical analyses, igniter manufacturing and validation. Specifically, we conducted a parametric study for maximizing the enthalpy at the igniter exit, specifically by adjusting the mass flow rate, nozzle area ratio, fuel-oxidizer mixture ratio, and the igniter length-to-diameter. The heat transferred via the igniter nozzle exit was computed using 3-dimensional numerical simulations. We also manufactured and tested the igniter based on a deduced design to confirm ignition performance of the designed spark torch igniter. The igniter developed through this study could contribute to the development of practical propulsion systems such as upper-stage engines of small launch vehicles.
Kim, Sung-Hee;Jeon, Young-Jin;Kim, Jeong-Sub;Lee, Cheol-Ju
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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v.18
no.5
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pp.5-16
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2017
In the present work, a number of advanced three-dimensional (3D) parametric finite element numerical analyses have been conducted to study the behaviour of a single pile in consolidating ground from coupled consolidation analyses. A single pile with typical minimum and maximum ranges of fill height and clay stiffness has been modelled. The computed results demonstrate that the higher the height of the fill above the clay surface and the smaller the stiffness of the clay, the higher the dragloads and the negative skin friction-induced pile settlements. It has been found that the development of dragloads and pile settlement is more governed by the stiffness of the clay rather than the height of the fill. Positive shaft resistance is mobilised only after the average degree of consolidation is larger than 50%. Although the pile is installed when the degree of consolidation is 50% or more, relatively large negative skin friction can nevertheless develop on the pile. On the other hand, when a load is applied on the pile experiencing an increase in the negative skin friction with time during consolidation, the pile undergoes a large increase in the final settlement of up to 95% compared to that of a pile without axial load on the pile head. The allowable pile capacity when there is negative skin friction on the pile is reduced by about 4-11% compared to a pile without negative skin friction.
In the present study, a numerical analysis was performed for interior connections of continuous flat plate to analyze the effect of design parameters such as column section shape, gravity load and slab span on the behavioral characteristics of the connections. For the purpose, a computer program for nonlinear FE analysis was developed, and the validity was verified. Through the parametric study, the variations of shear stress distribution around the connection were investigated. According to the result of numerical analysis, as the length of the cross section of column in the direction of lateral load increases and gravity load increases, the effective area and the maximum shear strength providing the torsional resistance decrease considerably. And as the slab span loaded with relatively large gravity load increases, the negative moment around the connection increases and therefore the strength of connection against unbalanced moment decreases. By considering the effect of design parameters on the strength of the connections, the effective shear strength to calculate the torsional moment capacity of connection was proposed and the effectiveness of the proposed shear strength was verified.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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