Woo, Kwang S.;Lee, Dong W.;Yang, Seung H.;Ahn, Jae S.
Geomechanics and Engineering
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v.15
no.5
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pp.1101-1111
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2018
This study aims to present accurate soil modeling and validation of a single roadside guardrail post as well as a single concrete pile installed near cut slopes or compacted sloping embankment. The conventional Winkler's elastic spring model and p-y curve approach for horizontal ground cannot directly be applied to sloping ground where ultimate soil resistance is significantly dependent on ground inclination. In this study, both grid-based 3-D FE model and particle-based SPH (smoothed particle hydrodynamics) model available in LS-DYNA have been adopted to predict the static behavior of a laterally loaded guardrail post. The SPH model has potential to eliminate any artificial soil stiffness due to the deterioration of the node-connected Lagrangian soil mesh. For this purpose, this study comprises two parts. Firstly, only 3-D FE modeling has been tested to show the numerical validity for a single concrete pile in sloping ground using Mohr-Coulomb material. However, this material option cannot be implemented for SPH elements. Nevertheless, Mohr-Coulomb model has been used since this material model requires six input soil data that can be obtained from the comparative papers in literatures. Secondly, this work is extended to compute the lateral resistance of a guardrail post located near the slope using the hybrid approach that combines Lagrange FE elements and SPH elements by the suitable node-merging option provided by LS-DYNA. For this analysis, the FHWA soil material developed for application to road-base soils has been used and also allows the application of SPH element.
This paper is concerned with a combination of experimental and analytical investigation aimed at identifying modeling errors, accounted for the lack of correlation between experimental measurements and analytical predictions of the modal parameters for lap joint panels. A nonlinearity vibration test methodology, initiated from the theoretical analysis, is suggested for measurements of dynamic stiffnesses in a lap joint using the rivet fastener. Based on the experimental evidence on discrepancies between measured and predicted frequencies, improved finite element models of the joint are developed using PATRAN and ABAQUS, in which the beam element size is evaluated from the joint stiffnesses readily determined in the test. The beam element diameter as a principal design parameter is tuned to match experimental results within the evaluated bound value. Frequencies predicted by the proposed numerical model are compared with frequencies measured by the test. Improved predictions based on this new model are observed when compared with those based on conventional modeling practices.
To reasonably predict the behaviors for RC flat-plate structures, analysis model considering the flexural stiffness of slabs is required. FEMA 273 and ACI 318-99 refer to theoretical analysis models of two-way slab systems under lateral loading but the actual application method is not suggested. In this study, the modeling and application methods of the flat-plates using effective beam concept are suggested. The results of this study are as follows. 1) The effective beam width model suggested in this study is very useful to model flat-Plate structures subjected to seismic loading for three dimensional analysis 2) The result of analysis for idealized flat-plate example using the effective beam widths considering the effect of the slab crack is shown upper value for displacements. Whereas the model considering effective beam width coefficients only is shown upper value for unbalanced moments
Axisymmetric modeling of the nuclear containment building has been often employed in practice to estimate structural behavior for the axisymmetric loadings, where the axisymmetric approximation is required for the actual non-axisymmetric tendon arrangements in the dome. In the preceding companion paper, some procedures are proposed for the domestic CANDU and KSNP type containments that can implement the actual 3-dimensional tendon stiffness and prestressing effect into the axisymmetric model. In this paper, the proposed schemes are verified through some numerical examples comparing the results of the actual 3-dimensional model with those of some axisymmetric models. The results of the proposed axisymmetric analyses show relatively good agreements with the actual structural behavior especially for the CANDU type. Also, it is shown that proper level of the prestressing in a hoop direction plays an important role to predict the actual prestressing effect in the axisymmetric dome modeling. Finally, correction factors are discussed that can revise some approximations introduced in the derivations.
Harshada R. Chothe;Jin Hwan Lim;Jung Gi Kim;Taekyung Lee;Taehyun Nam;Jeong Seok Oh
Elastomers and Composites
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v.58
no.1
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pp.44-56
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2023
Additive manufacturing (AM) or three-dimensional (3D) printing of metals has been drawing significant attention due to its reliability, usefulness, and low cost with rapid prototyping. Among the various AM technologies, fused deposition modeling (FDM) or fused filament fabrication is receiving much interest because of its simple manufacturing processing, low material waste, and cost-effective equipment. FDM technology uses metal-filled polymer filaments for 3D printing, followed by debinding and sintering to fabricate complex metal parts. An efficient binder is essential for producing polymer filaments and the thermal post-processing of printed objects. This study involved an in-depth investigation of and a fabrication route for a novel multi-component binder system with steel alloy powder (45 vol.%) ranging from filament fabrication and 3D printing to debinding and sintering. The binder system consisted of polyvinyl pyrrolidone (PVP) as a binder and thermoplastic polyurethane (TPU) and polylactic acid (PLA) as a carrier. The PVP binder held the metal components tightly by maintaining their stoichiometry, and the TPU and PLA in the ratio of 9:1 provided flexibility, stiffness, and strength to the filament for 3D printing. The efficacy of the binder system was examined by fabricating 3D-printed cubic structures. The results revealed that the thermal debinding and sintering processes effectively removed the binder/carrier from the cubic structures, resulting in isotropic shrinkage of approximately 15.8% in all directions. The scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) patterns displayed the microstructure behavior, phase transition, and elemental composition of the 3D cubic structure.
M. Sina Mousavi;Yuan Feng;Jongwan Eun;Boo Hyun Nam
Geomechanics and Engineering
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v.33
no.2
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pp.141-154
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2023
This study investigated the effect of water retention characteristics between aged and fresh Municipal Solid Waste (MSW) on the stability of the landfill. A series of transient numerical modeling for the slope of an MSW landfill was performed considering the variation of water retention characteristics due to leachate circulation. Four different scenarios were considered in this analysis depending on how to obtain hydraulic conductivity and the aging degree of materials. Unsaturated hydraulic properties of the MSW used for the modeling were evaluated through modified hanging column tests. Different water retention properties and various landfill conditions, such as subgrade stiffness, leachate injection frequency, and gas and leachate collection system, were considered to investigate the pore water distribution and slope stability. The stability analyses related to the factor of safety showed that unsaturated properties under those varied conditions significantly impacted the slope stability, where the factor of safety decreased, ranging between 9.4 and 22%. The aged materials resulted in a higher factor of safety than fresh materials; however, after 1000 days, the factor of safety decreased by around 10.6% due to pore pressure buildup. The analysis results indicated that using fresh materials yielded higher factor of safety values. The landfill subgrade was found to have a significant impact on the factor of safety, which resulted in an average of 34% lower factor of safety in soft subgrades. The results also revealed that a failed leachate collection system (e.g., clogging) could result in landfill failure (factor of safety < 1) after around 298 days, while the leachate recirculation frequency has no critical impact on stability. In addition, the accumulation of gas pressure within the waste body resulted in factor of safety reductions as high as 24%. It is essential to consider factors related to the unsaturated hydraulic properties in designing a landfill to prevent landfill instability.
Considerable longitudinal rail forces and displacements may develop in continuous welded rail (CWR) track on long-span bridges due to temperature variations. The track stability may be disturbed due to excessive relative displacements between the sleepers and ballast bed and the accompanied reduction in frictional resistance. For high-speed tracks, however, solving these problems by installing rail expansion devices in the track is not an attractive solution as these devices may cause a local disturbance of the vertical track stiffness and track geometry which will require intensive maintenance. With reference to temperature, two actions are considered by the bridge loading standards, the uniform variation in the rail and deck temperature and the temperature gradient in deck. Generally, the effect of temperature gradient has been disregarded in the interaction analysis. This paper mainly deals with the effect of temperature gradient on the track-bridge interaction with respect to the support reaction, rail stresses and stability. The study presented in this paper was not mentioned in the related codes so far.
This paper investigates the structural behavior of Korean traditional wooden structures on the basis of the structural analysis using the commercialized program, SAP 2000. All the structural systems were analyzed, and the rotational stiffness at each joint was inferred from the experimental result for a half scale model of Bongjeong-sa (a temple in South Korea). In addition, the artificial control of analysis parameters was prevented because the structural analysis was focused on the realization of the most exact structural behavior of real structures. The analysis was carried out for the horizontal and vertical static loads, and all the secondary members were excluded in the structural analysis. The obtained results show that the resisting capacity of the primary structural system is greater than that of the expanding structural system.
A rational and straightforward method is introduced for developing continuum models of large platelike periodic lattice structures based on energy equivalence, The procedure for developing continuum models involves using existing finite element matrices in calculating strain and kinetic energies of a repeating cell. The equivalent continuum plate properties are obtained from the direct comparison of the reduced stiffness and mass matrices for continuum and lattice plates. Numerical results prove that the method developed in this paper shows very good agreement with other well-recognized methods.
In this paper, a novel and effective damage diagnosis algorithm is proposed to detect and estimate damage using two stages least squares support vector machine (LS-SVM) and limited number of attached sensors on structures. In the first stage, LS-SVM1 is used to predict the unmeasured mode shapes data based on limited measured modal data and in the second stage, LS-SVM2 is used to predicting the damage location and severity using the complete modal data from the first-stage LS-SVM1. The presented methods are applied to a three story irregular frame and cantilever plate. To investigate the noise effects and modeling errors, two uncertainty levels have been considered. Moreover, the performance of the proposed methods has been verified through using experimental modal data of a mass-stiffness system. The obtained damage identification results show the suitable performance of the proposed damage identification method for structures in spite of different uncertainty levels.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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