It is essential for geotechnical engineers to conduct studies and make predictions about the stability of slopes, since collapse of a slope may result in catastrophic events. The Gaussian process regression (GPR) approach was carried out for the purpose of predicting the factor of safety (FOS) of the slopes in the study that was presented here. The model makes use of a total of 327 slope cases from Iran, each of which has a unique combination of geometric and shear strength parameters that were analyzed by PLAXIS software in order to determine their FOS. The K-fold (K = 5) technique of cross-validation (CV) was used in order to conduct an analysis of the accuracy of the models' predictions. In conclusion, the GPR model showed excellent ability in the prediction of FOS of slope stability, with an R2 value of 0.8355, RMSE value of 0.1372, and MAPE value of 6.6389%, respectively. According to the results of the sensitivity analysis, the characteristics (friction angle) and (unit weight) are, in descending order, the most effective, the next most effective, and the least effective parameters for determining slope stability.
The piercing process of creating holes in sheet metals for mechanical fastening generates high shear force. Real-time monitoring technology could predict tool damage and product defects due to this severe condition, but there are few applications for piercing high-strength aluminum. In this study, we analyzed the load signal to predict the punch's wear level during the process with a piezoelectric sensor installed piercing tool. Experiments were conducted on Al6061 T6 with a thickness of 3.0 mm using piercing punches whose edge angle was controlled by reflecting the wear level. The piercing load increases proportionally with the level of tool wear. For example, the maximum piercing load of the wear-shaped punch with the tip angle controlled at 6 degrees increased by 14% compared to the normal-shaped punch under the typical clearance of 6.7% of the aluminum piercing tool. In addition, the tool wear level increased compression during the down-stroke, which is caused by lateral force due to the decrease in the diameter of pierced holes. Our study showed the predictability of the wear level of punches through the recognition of changes in characteristic elements of the load signal during the piercing process.
The severe deterioration of structures has led to extensive research on the development of structural repair techniques using composite materials. Consequently, previous researchers have devised various analytical methods to predict the interface performance of bonded repairs. However, these analytical solutions are highly complex mathematically and necessitate numerous calculations with a large number of iterations to obtain the output parameters. In this paper, an artificial neural network prediction models is used to calculate the interfacial stress distribution in RC beams strengthened with FRP sheet. The R2value for the training data is evaluated as 0.99, and for the testing data, it is 0.92. Closed-form solutions are derived for RC beams strengthened with composite sheets simply supported at both ends and verified through direct comparisons with existing results. A comparative study of peak interfacial shear and normal stresses with the literature gives the usefulness and effectiveness of ANN proposed. A parametrical study is carried out to show the effects of some design variables, e.g., thickness of adhesive layer and FRP sheet.
When the reactor vessel is penetrated in a severe accident of light water reactor, the molten fuel-coolant interaction including the jet breakup occurs and the jet breakup length becomes one of the important parameters. Most numerical studies on jet breakup process have been carried out using dedicated computer codes. Some researchers are trying to apply commercial CFD codes to their investigations on comprehensive jet breakup process. However, the complexity of the phenomena limits the CFD application only to hydrodynamic aspects. In the present study, numerical analysis of jet breakup under vapor generation is pursued using the STAR-CCM + code. The obtained CFD prediction of the MATE09 experiment shows jet breakup progression patterns consistent to the images taken in the experiment. Further, the predicted positions of leading head, which determine the jet breakup length, are in good agreement with the MATE 09 data. The investigation of hydrodynamic effects on the jet breakup with higher jet velocity results in a stronger shear force and earlier jet breakup process even though there exists the vapor pocket around the corium jet. In future studies, the effect of vapor intensity on the jet breakup length would be investigated further by changing other parameters.
Chunping Wang;Keming Chen;Abbas Yaseen Naser;H. Elhosiny Ali
Earthquakes and Structures
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v.24
no.2
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pp.127-140
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2023
The vibration of microtubule in human cells is the source of electrical field around it and inside cell structure. The induction of electrical field is a direct result of the existence of dipoles on the surface of the microtubules. Measuring the electrical fields could be performed using nano-scale sensors and the data could be transformed to other computers using internet of things (IoT) technology. Processing these data is feasible by artificial intelligence-based methods. However, the first step in analyzing the vibrational behavior is to study the mechanics of microtubules. In this regard, the vibrational behavior of the microtubules is investigated in the present study. A shell model is utilized to represent the microtubules' structure. The displacement field is assumed to obey first order shear deformation theory and classical theory of elasticity for anisotropic homogenous materials is utilized. The governing equations obtained by Hamilton's principle are further solved using analytical method engaging Navier's solution procedure. The results of the analytical solution are used to train, validate and test of the deep neural network. The results of the present study are validated by comparing to other results in the literature. The results indicate that several geometrical and material factors affect the vibrational behavior of microtubules.
A statistical prediction model for the typhoon intensity and track in the Northwestern Pacific area was developed based on the artificial neural network scheme. Specifically, this model is focused on the 5-day prediction after tropical cyclone genesis, and used the CLIPPER parameters (genesis location, intensity, and date), dynamic parameters (vertical wind shear between 200 and 850hPa, upper-level divergence, and lower-level relative vorticity), and thermal parameters (upper-level equivalent potential temperature, ENSO, 200-hPa air temperature, mid-level relative humidity). Based on the characteristics of predictors, a total of seven artificial neural network models were developed. The best one was the case that combined the CLIPPER parameters and thermal parameters. This case showed higher predictability during the summer season than the winter season, and the forecast error also depended on the location: The intensity error rate increases when the genesis location moves to Southeastern area and the track error increases when it moves to Northwestern area. Comparing the predictability with the multiple linear regression model, the artificial neural network model showed better performance.
Taeho Bong;Sangjun Im;Jung Il Seo;Dongyeob Kim;Joon Heo
Journal of Korean Society of Forest Science
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v.112
no.3
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pp.340-351
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2023
Landslides are major natural geological hazards that cause enormous property damage and human casualties annually. The vulnerability of mountainous areas to landslides is further exacerbated by the impacts of climate change. Soil depth is a crucial parameter in landslide and debris flow analysis, and plays an important role in the evaluation of watershed hydrological processes that affect slope stability. An accurate method of estimating soil depth is to directly investigate the soil strata in the field. However, this requires significant amounts of time and money; thus, numerous models for predicting soil depth have been proposed. However, they still have limitations in terms of practicality and accuracy. In this study, 71 seismic survey results were collected from domestic mountainous areas to estimate soil depth on hill slopes. Soil depth was estimated on the basis of a shear wave velocity of 700 m/s, and a database was established for slope angle, elevation, and soil depth. Consequently, the statistical characteristics of soil depth were analyzed, and the correlations between slope angle and soil depth, and between elevation and soil depth were investigated. Moreover, various soil depth prediction models based on slope angle were investigated, and corrected linear and exponential soil depth prediction models were proposed.
The objective of this study is to investigate the correlation between steady shear flow (nonlinear behavior) and dynamic viscoelastic (linear behavior) properties for concentrated polymer solutions. Using both an Advanced Rheometic Expansion System(ARES) and a Rheometics Fluids Spectrometer (RFS II), the steady shear flow viscosity and the dynamic viscoelastic properties of concentrated poly(ethylene oxide)(PEO), polyisobutylene(PIB), and polyacrylamide(PAAm) solutions have been measured over a wide range of shear rates and angular frequencies. The validity of some previously proposed relationships was compared with experimentally measured data. In addition, the effect of solution concentration on the applicability of the Cox-Merz rule was examined by comparing the steady flow viscosity and the magnitude of the complex viscosity Finally, the applicability of the Cox-Merz rule was theoretically discussed by introducing a nonlinear strain measure. Main results obtained from this study can be summarized as follows : (1) Among the previously proposed relationships dealt with in this study, the Cox-Merz rule implying the equivalence between the steady flow viscosity and the magnitude of the complex viscosity has the best validity. (2) For polymer solutions with relatively lower concentration, the steady flow viscosity is higher than the complex viscosity. However, such a relation between the two viscosities is reversed for highly concentrated polymer solutions. (3) A nonlinear strain measure is decreased with increasing stran magnitude, after reaching the maximum value in small strain range. This behavior is different from the theoretical prediction demonstrating the shape of a damped oscillatory function. (4) The applicability of the Cox-Merz rule is influenced by the $\beta$ value, which indicates the slope of a nonlinear stain measure (namely, the degree of nonlinearity) at large shear deformations. The Cox-Merz rule shows better applicability as the $\beta$ value becomes smaller.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.33
no.6
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pp.2267-2275
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2013
Existing conventional model for analysis of shallow water flow just assumed the internal boundary condition as free-slip, which resulted in the wrong prediction about the velocity, vorticity, water level, shear stress distribution, and time variation of drag and lift force around a structure. In this study, a finite element model that can predict flow characteristics around the structure accurately was developed and internal boundary conditions were generalized as partial slip condition using slip length concept. Laminar flow characteristics behind circular cylinder were analyzed by varying the internal boundary conditions. The simulation results of (1) time variations of longitudinal and transverse velocities, and vorticity; (2) wake length; (3) vortex shedding phenomena by slip length; (4) and mass conservation showed that the vortex shedding had never observed and laminar flow like creeping motion was occurred under free-slip condition. Assignment of partial slip condition changed the velocity distribution on the cylinder surface and influenced the magnitude of the shear stress and the occurrence of vorticity so that the period of vortex shedding was reduced compared with the case of no slip condition. The maximum mass conservation error occurred in the case of no slip condition, which had the value of 0.73%, and there was 0.21 % reduction in the maximum mass conservation error by changing the internal boundary condition from no slip to partial slip condition.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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