• Steel and Composite Structures
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• 제50권4호
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• pp.429-441
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• 2024

This paper studies the free vibration behavior of trapezoidal shaped coupled double-layered graphene sheets (DLGS) system using first-order shear deformation theory (FSDT) and incorporating nonlocal elasticity theory. Two nanoplates are assumed to be bonded by an interlayer van der walls force and surrounded by an external kelvin-voight viscoelastic medium. The governing equations together with related boundary condition are discretized using a mapping-differential quadrature method (DQM) in the spatial domain. Then the natural frequency of the system is obtained by solving the eigen value matrix equation. The validity of the current study is evaluated by comparing its numerical results with those available in the literature and then a parametric study is thoroughly performed, concentrating on the series effects of angles and aspect ratio of GS, viscoelastic medium, and nonlocal parameter. The model is used to study the vibration of DLGS for two typical deformation modes, the in-phase and out-of-phase vibrations, which are investigated. Numerical results indicate that due to Increasing the damping parameter of the viscoelastic medium has reduced the frequency of both modes and this medium has been able to overdamped the oscillations and by increasing stiffness parameters both in-phase and out-of-phase vibration frequencies increased.

• Steel and Composite Structures
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• 제51권6호
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• pp.601-617
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• 2024

This work aims to explore the static behaviour of a tapered functionally graded porous plate (FGPP) with even and uneven porosity distributions resting on two parametric elastic foundations. The plate under investigation is subjected to bi-sinusoidal loading and the edges of the plate are exposed to different combinations of edge restrictions. In order to examin the static behaviour, bending factors (BF) related to bending and normal stresses have been evaluated using classical plate theory. To achieve this, the governing equations have been derived employing the energy concept. And to solve it, the Rayleigh-Ritz method with an algebraic function has been utilised; it is simple, precise, and computationally intensive. After convergence and validation analyses, new findings are made available. The BF of the plate have been exhaustively examined to explain the influence of aspect ratios, material property index, porosity factor, taper factor, and Winkler and Pasternak stiffness. It is observed that the BF of an elastically supported FGPP are influenced by the index of material propery and the aspect ratio. Findings also indicate that the impact of porosity is more when it is spread evenly, as opposed to when it is unevenly distributed. Further, the deformed plate's structure is significantly influenced by the different thickness variations. Examination of bending characteristics of FGPP having different new cases of thickness variations with different types of porosity distribution under fifteen different mixed edge constraints is the prime novality of this work. Results presented are reliable enough to be taken into account for future studies.

• Geomechanics and Engineering
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• 제37권1호
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• pp.31-48
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• 2024

To stabilize the excavations in urban area, soil anchorage is among the very common methods in geotechnical engineering. A more efficient deformation analysis can potentially lead to cost-effective and safer designs. To this end, a total of 116 three-dimensional (3D) finite element (FE) models of a deep excavation supported by tie-back wall system were analyzed in this study. An initial validation was conducted through examination of the results against the Texas A&M excavation cases. After the validation step, an extensive parametric study was carried out to cover significant design parameters of tie-back wall system in deep excavations. The numerical results indicated that the maximum horizontal displacement values of the wall (δ_hm) and maximum surface settlement (δ_vm) increase by an increase in the value of ground anchors inclination relative to the horizon. Additionally, a change in the wall embedment depth was found to be contributing more to δ_vm than to δ_hm. Based on the 3D FE analysis results, two simple equations are proposed to estimate excavation deformations for different scenarios in which the geometric configuration parameters are taken into account. The model proposed in this study can help the engineers to have a better understanding of the behavior of such systems.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제90권1호
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• pp.1-18
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• 2024

The present study conducts a thorough analysis of thermal vibrations in functionally graded porous nanocomposite beams within a thermal setting. Investigating the temperature-dependent material properties of these beams, which continuously vary across their thickness in accordance with a power-law function, a finite element approach is developed. This approach utilizes a nonlocal strain gradient theory and accounts for a linear temperature rise. The analysis employs four different patterns of porosity distribution to characterize the functionally graded porous materials. A novel two-variable shear deformation beam nonlocal strain gradient theory, based on trigonometric functions, is introduced to examine the combined effects of nonlocal stress and strain gradient on these beams. The derived governing equations are solved through a 3-nodes beam element. A comprehensive parametric study delves into the influence of structural parameters, such as thicknessratio, beam length, nonlocal scale parameter, and strain gradient parameter. Furthermore, the study explores the impact of thermal effects, porosity distribution forms, and material distribution profiles on the free vibration of temperature-dependent FG nanobeams. The results reveal the substantial influence of these effects on the vibration behavior of functionally graded nanobeams under thermal conditions. This research presents a finite element approach to examine the thermo-mechanical behavior of nonlocal temperature-dependent FG nanobeams, filling the gap where analytical results are unavailable.

• Steel and Composite Structures
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• 제52권1호
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• pp.45-56
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• 2024

This paper proposes an analytical solution for the free vibration, bending and buckling a functionally graded (FG) beam resting on viscoelastic foundation. The materials characteristics of the FG beam are considered to be varying across the thickness according several power law functions. The governing equations are found analytically using a quasi-3D model that contains undetermined integral forms and involves few unknowns to derive. Navier's method for simply supported beam is employed to solve the problem. Numerical examples are presented and studied to demonstrate the accuracy and effectiveness of the proposed model. Then, a detailed parametric study is presented in the form of tables and graphs to study and analyze the effects of the different parameters on the response of FG beams with different material compositions resting on a viscoelastic foundation.

• Geomechanics and Engineering
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• 제38권4호
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• pp.409-420
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• 2024

In this research the hygro-thermo-mechanical loading and micromechanical model effects on bending behavior of functionally graded material plates resting on Winkler and Pasternak elastic foundations, the higher order shear deformation theory is used here. The material properties of the plate: young's modulus, thermal coefficient and moisture expansion coefficient are assumed to be graded in the thickness direction according to various micromechanical models starting with the Voigt's model which is commonly used in most functionally graded plates studies to the Reuss's, LRVE's and Mori-Tanaka's models. The principle of virtual displacement is used to determine the equilibrium equations and the a several numerical results are given to validate the precision of the present method for bending behavior of FGM plates subjected to hygro-thermo-mechanical loading resting on elastic foundations. Afterwards, a parametric study is conducted to determine the effect of different parameters on the deflection of the FGM plates like micromechanical models, type of loading and plate geometry. In the lights of the present research, it can be concluded that the present theory is accurate and simple in predicting the deflection behavior of functionally graded plates under hygro-thermo-mechanical effects and micromechanical models.

• 한국지반공학회논문집
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• 제35권12호
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• pp.69-89
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• 2019

사질토를 지나 풍화암에 4D 소켓된 매입 PHC말뚝에 대한 매개변수 수치해석 자료를 분석하여 지지력 표해 및 도해(I)이 제안된 바 있다(Choi et al., 2019a). 본 논문에서는 이를 활용하여 직경의 5% 침하량에서 발현되는 동원지지력을 산정할 수 있는 새로운 산정공식을 제안하였다. 제안식은 두 가지이며, 그 중에서 EQ-G1 제안식은 각각의 상대근입길이(L/D)에서 말뚝직경과 ${\bar{N}}$값(보정 N 값)을 고려하여 각 지지력 성분을 평가하며, 검증 결과는 다음과 같다. RQP는 약 71~94%로 나타났으며, 이는 일반 설계에서 사용하고 있는 지지력 산정공식으로 구한 SRF(26~37%)보다 큰 값을 나타냈다. RQP는 적정 설계의 범위로 분포하였는데, 4개 사례에서는 78, 136, 142, 180%로 나타났다. D_E는 β₁에 따라 달라질 수는 있는데, 본 연구에서는 0.85로 가정하였으므로 D_E는 약 85%로 나타났다. 따라서 본 연구에서 제안한 EQ-G1 제안식을 사용하여 PHC말뚝 몸체의 허용압축하중(P_all)까지 활용할 수 있는 적정설계를 수행할 수 있는 것으로 판단된다. 그리고 EQ-G2-3 제안식은 D, ${\bar{N}}$ 및 L/D를 동시에 고려하여 지지력 성분들을 평가할 수 있으며, 매입 PHC말뚝에서 지반의 압축지지력 산정 시 근사해법으로 활용할 수 있다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제35권10호
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• pp.47-66
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• 2019

본 연구에서는 사질토층을 지나 풍화암에 4D 소켓된 매입 PHC말뚝에 대하여 PHC말뚝 직경과 길이 및 사질토 지반의 N값에 따른 매개변수 수치해석을 실시하였다. PHC말뚝과 지반은 Mohr-Coulomb의 탄 소성모델을 적용하였으며, 말뚝 주변 경계면은 가상두께의 인터페이스를 설정하였다. 10종류 직경의 PHC말뚝에 대한 수치해석 결과를 분석하여 사질토의 N값에 따른 말뚝머리 하중-침하 곡선과 말뚝의 근입길이에 따른 축하중 분포도 곡선을 구하였다. 또한 이들 결과로부터 각 하중 성분과 침하 사이의 관계 곡선을 구하였으며, 하중 성분은 전체 하중, 전체 주면마찰하중, 사질토의 주면마찰하중, 풍화암의 주면마찰하중 및 풍화암의 선단하중으로 구분하였다. 수치해석으로부터 구한 하중-침하 곡선에서 변곡상태가 나타나는 하중을 분석한 결과, 대체로 변곡상태를 나타내는 하중 단계는 말뚝 직경의 약 5~7% 수준의 침하량으로 나타났으며, 안전측으로 말뚝직경의 5% 침하량에 해당하는 하중으로 평가하였다. 이 하중 단계를 동원지지력($Q_m$)으로 정의하였으며, 본 연구의 지지력 분석에 사용하였다. 매개변수 수치해석 결과, PHC 말뚝 직경, 상대근입길이 및 사질토의 N값에 관계없이 SRF는 평균적으로 70% 이상으로 나타났다. 또한 전체마찰지지력에서 사질토의 주면마찰지지력이 평균 80% 이상으로 나타났다. 이러한 결과는 매입 PHC말뚝의 지지력 산정에 이용할 수 있으며, 또한 새로운 지지력 산정방법 제안을 위한 연구에도 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제21권6호
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• pp.861-874
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• 2019

최근 발생한 포항과 경주 지진 이후 공동구와 같은 소단면 터널 구조물에 대한 내진 성능 평가에 대한 관심이 증가하고 있다. 이 연구에서는 유한 차분법 기반의 FLAC3D를 사용하여 지진 하중에 대한 수직구와 수평 터널 구조물에 대한 3차원 동적 해석을 수행하였다. 특히 지반과 구조물 사이 경계면 특성을 고려한 지반-구조물 상호 해석 시 중요 인자인 경계면 강성 계수의 영향을 분석하기 위한 매개변수 해석을 수행하였다. 매개변수 해석을 통해 경계면 강성 계수는 지하 구조물의 전체 동적 거동에는 큰 영향을 미치지 않지만 접속부의 국부적인 변위 거동에는 큰 영향을 미치는 것을 확인 할 수 있었다. 경계면 강성계수의 크기는 접속부에서의 변위와 반비례하는 경향을 보였으며, 수직 응력 및 전단 응력에 대해서는 비례하는 경향을 확인하였다. 연구 결과 수치 해석에서 주로 사용되고 있는 경계면 강성 계수에 대한 경험적 식의 한계를 제시할 수 있었으며, 새로운 경계면 강성 계수 모델 개발의 필요성을 확인하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2010년도 제35회 추계학술대회논문집
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• pp.768-774
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• 2010

아크 채널 모델을 이용하여 플라즈마 온도를 매개로 플라즈마 입력전력과 전류 조건에 따른 간극 반지름(L) 및 간극팩 묶음 길이(R) 변수 계산이 가능한 해석해를 유도하고 이를 이용하여 300 A 전류조건에서 0.4 MW 급 분절형 아크 플라즈마 토치에 대한 해석적 설계 변수 해석을 수행하였다. 해석 결과, L < 1.25 m, R < 7.5 mm 에 대해, 고정된 R 값에서 L이 길어지거나 반대로 L 값이 일정할 때, R이 작아질수록 플라즈마 온도는 비례하여 증가하는 경향을 가지고 있음을 알 수 있었으며, 그 이상의 범위에서는 만족하는 플라즈마 온도 해가 없거나 2개 이상 존재하여 주어진 전류 및 전력조건에서 아크 플라즈마의 형성이 불가능하거나 불안정할 것으로 예측되었다. 이와 같은 결과를 바탕으로 입력전류가 300 A 일 때 약 15,000 K의 아크 플라즈마 온도를 안정적으로 구현할 수 있을 것이라 여겨지는 0.4 MW 급 분절형 아크 플라즈마 토치의 간극 반지름 R 및 간극팩 묶음 길이 L의 설계범위를 각각 $5.5mm{\leq}R{\leq}7.0mm$, $0.5m{\leq}L{\leq}1.0m$ 범위로 제안하였다.