Parametric studies for various site conditions by using 3d numerical model were carried out in order to estimate dynamic behavior of soil-pile-structure system in dry soil deposits. Proposed model was analyzed in time domain using FLAC3D which is commercial finite difference code to properly simulate nonlinear response of soil under strong earthquake. Mohr-Coulomb criterion 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 was used as boundary condition to reduce analysis time. Also, initial shear modulus and yield depth were appropriately determined for accurate simulation of system's nonlinear behavior. Parametric study was performed by varying weight of superstructure, pile length, pile head fixity, soil relative density with proposed numerical model. From the results of parametric study, it is identified that inertial force induced by superstructure is dominant on dynamic behavior of soil-pile-structure system and effect of kinematic force induced by soil movement was relatively small. Difference in dynamic behavior according to the pile length and pile head fixity was also numerically investigated.
This paper presents a study on the behavior and design of bolted stainless steel plates under in-plane tension. Using an experimentally validated finite element (FE) program strength of stainless steel bolted plates under tension is examined with an emphasis on plate bearing mode of failure. A numerical parametric study was carried out which includes examining the behavior of stainless steel plate models with various proportions, bolt locations and in two different material grades. The models were designed to fail particularly in bolt tear-out and material piling-up modes. In the numerical simulation of the models, non-linear stress-strain material behavior of stainless steel was considered by using expressions which represent the full range of strains up to the ultimate tensile strain. Using the results of the parametric study, the effect of variations in bolt positions, such as end and edge distance and bolt pitch distance on bearing resistance of stainless steel bolted plates under in-plane tension has been investigated. Finally, the results obtained are critically examined using design estimations of the currently available international design guidance.
Herein, we present numerical simulation based model to study the use of a 'Tuned Mass Damper (TMD)' - particularly spring mass systems - to control the displacements at the deck level under seismic and ice loads for an offshore jacket structure. Jacket is a fixed structure and seismic loads can cause it to vibrate in the horizontal directions. These motions can disintegrate the structure and lead to potential failures causing extensive damage including environmental hazards and risking the lives of workers on the jacket. Hence, it is important to control the motion of jacket because of earthquake and ice loads. We analyze an offshore jacket platform with a tuned mass damper under the earthquake and ice loads and explore different locations to place the TMD. Through, selected parametric variations a suitable location for the placement of TMD for the jacket structure is arrived and this implies the design applicability of the present research. The ANSYS*TM mechanical APDL software has been used for the numerical modeling and analysis of the jacket structure. The dynamic response is obtained under dynamic seismic and ice loadings, and the model is attached with a TMD. Parameters of the TMD are studied based on the 'Principle of Absorption (PoA)' to reduce the displacement of the deck level in the jacket structure. Finally, in our results, the proper mass ratio and damping ratios are obtained for various earthquake and ice loads.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.9
no.5
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pp.509-524
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2017
Experiments and a numerical simulation were conducted to investigate the deformation and impact behavior of a corroded pipe, as corrosion, fatigue, and collision phenomena frequently occur in subsea pipelines. This study focuses on the deformation of the corrosion region and the variation of the geometry of the pipe under impact loading. The experiments for the impact behavior of the corroded pipe were performed using an impact test apparatus to validate the results of the simulation. In addition, during the simulation, material tests were performed, and the results were applied to the simulation. The ABAQUS explicit finite element analysis program was used to perform numerical simulations for the parametric study, as well as experiment scenarios, to investigate the effects of defects under impact loading. In addition, the modified ASME B31.8 code formula was proposed to define the damage range for the dented pipe.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.36
no.4
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pp.259-264
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2023
In this study, we devised a parametric analysis workflow for efficiently analyzing the material properties of 3D woven materials. The parametric model uses wire spacing in the woven materials as a design parameter; we generated 2,500 numerical models with various combinations of these design parameters. Using MATLAB and ANSYS software, we obtained various material properties, such as bulk modulus, thermal conductivity, and fluid permeability of the woven materials, through a parametric batch analysis. We then used this large dataset of material properties to perform a regression analysis to validate the relationship between design variables and material properties, as well as the accuracy of numerical analysis. Furthermore, we constructed an artificial neural network capable of predicting the material properties of 3D woven materials on the basis of the obtained material database. The trained network can accurately estimate the material properties of the woven materials with arbitrary design parameters, without the need for numerical analyses.
This paper presents a numerical analysis of reinforced concrete slabs under missile impact loading. The specimen used for the numerical simulation was tested by the Technical Research Center of Finland. LS-DYNA, commercial available software, is used to analyze the model. The structural components of the reinforced concrete slab, missile, and their contacts are fully modeled. Included in the analysis is material nonlinearity considering damage and failure. The results of analysis are then verified with other research results. Parametric studies with different longitudinal rebar ratios, shear bar ratios, and concrete strengths are conducted to investigate their influences on the punching behavior of slabs under the impact of a missile. Finally, efficient designs are recommended.
Numerical simulation has been performed to investigate the mist flow characteristics through the fire suppression nozzles for the design purposes. The commercial softwares, FLUENT and the fire dynamic simulator, FDS with the proper modelings were chosen as the numerical tools. In order to find optimal conditions in sense of the main performances of nozzles, the spray characteristics were analyzed both inside and outside of the nozzles. Geometric factors of the injecting orifices, i.e., diameter and chamfered angle were chosen as the simulation parameters for design application. From the present numerical results, 1.0c nozzles, whose orifice-diameter was 1 mm, having the chamfered angles were shown as the best performance of the fire suppression.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.9
no.1
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pp.45-54
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2015
This paper describes a three-dimensional approach to modeling the nonlinear behavior of partial-depth precast prestressed concrete bridge decks under increasing static loading. Six full-size panels were analyzed with this approach where the damage plasticity constitutive model was used to model concrete. Numerical results were compared and validated with the experimental data and showed reasonable agreement. The discrepancy between numerical and experimental values of load capacities was within six while the discrepancy of mid-span displacement was within 10 %. Parametric study was also conducted to show that higher accuracy could be achieved with lower values of the viscosity parameter but with an increase in the calculation effort.
The mechanical characteristic of reinforced concrete filled steel tubular (RCFT) structures are differed from that of concrete filled tubular steel (CFT) structures because the reinforcement in RCFT largely affects the performance of core concrete such as ductility, strength and toughness, and hence the performance of RCFT should be evaluated differently from CFT. To examine the effect axial reinforcement on bending performance, an investigation on RCFT beams with varying levels of axial reinforcement is performed by the means of numerical parametric study. According to the numerical simulation results with 13 different ratios of axial reinforcement, it is concluded that the reinforcement has obvious effect on bending capacity, and the neutral axis of RCFT is different from CFT, and an evaluation equation in which the effect of axial reinforcement is considered for ultimate bending strength of RCFT is proposed.
Nano imprint lithography(NIL) is a cost-efficient, high-throughput processing technique to transfer nano-scale patterns onto thin polymer films. Polymers used as the resist include UV cured resins as well as thermoplastics such as polymethyl-methacrylate(PMMA). In this study, an analytic investigation was performed for the NIL process of transferring nano scale patterns onto polymeric films. Process optimization calls for a thorough understanding of resist flow during the process. We carried out 2D and 3D numerical analyses of resist flow during NIL process. The simulation incorporated continuum-hypothesis and the effects of surface tension were taken into account. For a more effective prediction of free surface, fixed grid scheme with the volume of fluid (VOF) method were used. The simulation results were verified with experimental results qualitatively. And the parametric study was performed for various process conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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