The pre-peak cyclic shear mechanism of two-order asperity degradation of rock joints in the direct shear tests with static constant normal loads (CNL) are investigated using experimental and numerical methods. The laboratory testing rock specimens contains the idealized and regular two-order triangular-shaped asperities, which represent the specific geometrical conditions of natural and irregular waviness and unevenness of rock joint surfaces, in the pre-peak cyclic shear tests. Three different shear failure patterns of two-order triangular-shaped rock joints can be found in the experiments at constant horizontal shear velocity and various static constant normal loads in the direct and pre-peak cyclic shear tests. The discrete element method is adopted to simulate the pre-peak shear failure behaviors of rock joints with two-order triangular-shaped asperities. The rock joint interfaces are simulated using a modified smooth joint model, where microscopic scale slip surfaces are applied at contacts between discrete particles in the upper and lower rock blocks. Comparing the discrete numerical results with the experimental results, the microscopic bond particle model parameters are calibrated. Effects of cyclic shear loading amplitude, static constant normal loads and initial waviness asperity angles on the pre-peak cyclic shear failure behaviors of triangular-shaped rock joints are also numerically investigated.
In this paper, a simple and accurate finite element model coupled to quasi-brittle damage law able to describe the multiple cracks initiation and their progressive propagation is developed in order to predict the complete force-displacement curve and the fracture pattern of human proximal femur under quasi-static load. The motivation of this work was to propose a simple and practical FE model with a good compromise between complexity and accuracy of the simulation considering a limited number of model parameters that can predict proximal femur fracture more accurately and physically than the fracture criteria based models. Different damage laws for cortical and trabecular bone are proposed based on experimental results to describe the inelastic damage accumulation under the excessive load. When the damage parameter reaches its critical value inside an element of the mesh, its stiffness matrix is set to zero leading to the redistribution of the stress state in the vicinity of the fractured zone (crack initiation). Once a crack is initiated, the propagation direction is simulated by the propagation of the broken elements of the mesh. To illustrate the potential of the proposed approach, the left femur of a male (age 61) previously investigated by Keyak and Falkinstein, 2003 (Model B: male, age 61) was simulated till complete fracture under one-legged stance quasi-static load. The proposed finite element model leads to more realistic and precise results concerning the shape of the force-displacement curve (yielding and fracturing) and the profile of the fractured edge.
This paper examines the blood chamber of a left ventricular assist device (LVAD) under static loading conditions and standard operating temperatures. The LVAD's walls are made of a temperature-sensitive polymer (ChronoFlex C 55D) and are covered with a titanium nitride (TiN) nano-coating (deposited by laser ablation) to improve their haemocompatibility. A loss of cohesion may be observed near the coating-substrate boundary. Therefore, a micro-scale stress-strain analysis of the multilayered blood chamber was conducted with FE (finite element) code. The multi-scale model included a macro-model of the LVAD's blood chamber and a micro-model of the TiN coating. The theories of non-linear elasticity and elasto-plasticity were applied. The formulated problems were solved with a finite element method. The micro-scale problem was solved for a representative volume element (RVE). This micro-model accounted for the residual stress, a material model of the TiN coating, the stress results under loading pressures, the thickness of the TiN coating and the wave parameters of the TiN surface. The numerical results (displacements and strains) were experimentally validated using digital image correlation (DIC) during static blood pressure deformations. The maximum strain and stress were determined at static pressure steps in a macro-scale FE simulation. The strain and stress were also computed at the same loading conditions in a micro-scale FE simulation.
Park, Taewha;Sung, Yonmo;Kim, Taekyung;Lee, Inwon;Choi, Gyungmin;Kim, Duckjool
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.6
no.1
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pp.27-38
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2014
Flow mixing and pressure drop characteristics for marine selective catalytic reduction applications were investigated numerically to develop an efficient static mixer. Two different mixers, line- and swirl-type, were considered. The effect of vane angles on the relative intensity, uniformity index, and pressure drop was investigated in a swirl-type mixer; these parameters are dramatically affected by the mixer geometry. The presence of a mixer, regardless of the mixer type, led to an improvement of approximately 20% in the mixing performance behind the mixer in comparison to not having a mixer. In particular, there was a tradeoff relationship between the uniformity and the pressure drop. Considering the mixing performance and the pressure drop, the swirl-type mixer was more suitable than the line-type mixer in this study.
This paper deals with the static and dynamic behavior of Functionally Graded Carbon Nanotubes (FG-CNT)-reinforced porous sandwich (PMPV) polymer plate. The model of nanocomposite plate is investigated within the first order shear deformation theory (FSDT). Two types of porous sandwich plates are supposed (sandwich with face sheets reinforced / homogeneous core and sandwich with homogeneous face sheets / reinforced core). Functionally graded Carbon Nanotubes (FG-CNT) and uniformly Carbon Nanotubes (UD-CNT) distributions of face sheets or core porous plates with uniaxially aligned single-walled carbon nanotubes are considered. The governing equations are derived by using Hamilton's principle. The solution for bending and vibration of such type's porous plates are obtained. The detailed mathematical derivations are provided and the solutions are compared to some cases in the literature. The effect of the several parameters of reinforced sandwich porous plates such as aspect ratios, volume fraction, types of reinforcement, number of modes and thickness of plate on the bending and vibration analyses are studied and discussed. On the question of porosity, this study found that there is a great influence of their variation on the static and vibration of porous sandwich plate.
Unbonded Post-Tensioned (UPT) precast concrete systems have been shown to provide excellent seismic resistance. In order to improve understanding of the dynamic response of UPT systems, a series of snap back tests on four UPT systems was undertaken consisting of one Single Rocking Wall (SRW) and three Precast Wall with End Columns (PreWEC) systems. The snap back tests provided both a static pushover and a nonlinear free vibration response of a system. As expected the SRW exhibited an approximate bi-linear inertia force-drift response during the free vibration decay and the PreWEC walls showed an inertia force-drift response with increased strength and energy dissipation due to the addition of steel O-connectors. All walls exhibited negligible residual drifts regardless of the number of O-connectors or the post-tensioning force. When PreWEC systems of the same strength were compared the inclusion of further energy dissipating O-connectors was found to decrease the measured peak wall acceleration. Both the local and global wall parameters measured at pseudo-static and dynamic loading rates showed similar behaviour, which demonstrates that the dynamic behaviour of UPT walls is well represented by pseudo-static tests. The SRW was found to have Equivalent Viscous Damping (EVD) between 0.9-3.8% and the three PreWEC walls were found to have maximum EVD of between 14.7-25.8%.
Smith-Pardo, J. Paul.;Reyes, Juan C.;Sandoval, Juan D.;Hassan, Wael M.
Structural Engineering and Mechanics
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v.69
no.1
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pp.95-104
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2019
The Standard ASCE 61-14 proposes the Substitute Structure Method (SSM) as a Nonlinear Static Procedure (NSP) to estimate nonlinear displacement demands at the center of mass of piers or wharves under seismic actions. To account for bidirectional earthquake excitation according to the Standard, results from independent pushover analyses in each orthogonal direction should be combined using either a 100/30 directional approach or a procedure referred to as the Dynamic Magnification Factor, DMF. The main purpose of this paper is to present an evaluation of these NSPs in relation to four wharf model structures on soil conditions ranging from soft to medium dense clay. Results from nonlinear static analyses were compared against benchmark values of relevant Engineering Design Parameters, EDPs. The latter are defined as the geometric mean demands that are obtained from nonlinear dynamic analyses using a set of 30 two-component ground motion records. It was found that SSM provides close estimates of the benchmark displacement demands at the center of mass of the wharf structures. Furthermore, for the most critical pile connection at a landside corner of the wharf the 100/30 and DMF approaches produced displacement, curvature, and force demands that were reasonably comparable to corresponding benchmark values.
The purpose of the present study is to develop the 3D static and noise simulator based on Galerkin Finite Element Method (GFEM) using the unstructured hexahedral elements. The 3D, 2G neutron diffusion and noise equations are discretized using the unstructured hexahedral by considering the linear approximation of the shape function in each element. The validation of the static calculation is performed via comparison between calculated results and reported data for the VVER-1000 benchmark problem. A sensitivity analysis of the calculation to the element type (unstructured hexahedral or tetrahedron elements) is done. Finally, the neutron noise calculation is performed for the neutron noise source of type of variable strength using the Green function technique. It is shown that the error reduction in the static calculation is considerable when the unstructured tetrahedron elements are replaced with the hexahedral ones. Since the neutron flux distribution and neutron multiplication factor are appeared in the neutron noise equation, the more accurate calculation of these parameters leads to obtaining the neutron noise distribution with high accuracy. The investigation of the changes of the neutron noise distribution in axial direction of the reactor core shows that the 3D neutron noise analysis is required instead of 2D.
Current paper deals with thermoelastic static and free vibrational behaviors of axisymmetric thick cylinders reinforced with functionally graded (FG) randomly oriented graphene subjected to internal pressure and thermal gradient loads. The heat transfer and mechanical analyses of randomly oriented graphene-reinforced nanocomposite (GRNC) cylinders are facilitated by developing a weak form mesh-free method based on moving least squares (MLS) shape functions. Furthermore, in order to estimate the material properties of GRNC with temperature dependent components, a modified Halpin-Tsai model incorporated with two efficiency parameters is utilized. It is assumed that the distributions of graphene nano-sheets are uniform and FG along the radial direction of nanocomposite cylinders. By comparing with the exact result, the accuracy of the developed method is verified. Also, the convergence of the method is successfully confirmed. Then we investigated the effects of graphene distribution and volume fraction as well as thermo-mechanical boundary conditions on the temperature distribution, static response and natural frequency of the considered FG-GRNC thick cylinders. The results disclosed that graphene distribution has significant effects on the temperature and hoop stress distributions of FG-GRNC cylinders. However, the volume fraction of graphene has stronger effect on the natural frequencies of the considered thick cylinders than its distribution.
Dokhane, A.;Vasiliev, A.;Hursin, M.;Rochman, D.;Ferroukhi, H.
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.5
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pp.1804-1812
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2022
The aim of this paper is to assess the reliability and accuracy of the PSI standard method, used in many previous works, for the quantification of ND uncertainties in the SPERT-III RIA transient, by quantifying the discrepancy between the actual inserted reactivity and the original static reactivity worth and their associated uncertainties. The assessment has shown that the inherent S3K neutron source renormalization scheme, introduced before starting the transient, alters the original static reactivity worth of the transient CR and reduces the associated uncertainty due to the ND perturbation. In order to overcome these limitations, two additional methods have been developed based on CR adjustment. The comparative study performed between the three methods has showed clearly the high sensitivity of the obtained results to the selected approach and pointed out the importance of using the right procedure in order to simulate correctly the effect of ND uncertainties on the overall parameters in a RIA transient. This study has proven that the approach that allows matching the original static reactivity worth and starting the transient from criticality is the most reliable method since it conservatively preserves the effect of the ND uncertainties on the inserted reactivity during a RIA transient.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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