The control and prediction of surface settlement, gradient and ground displacement are the main factors in shallow tunnel design and construction in urban area. For deformation analysis of shallow tunnel due to excavation it is important to identify possible deformation mechanism of shear bands developing from tunnel shoulder to the ground surface. This paper investigaties quantitatively the deformation behavior of shallow tunneling by model tunnel test and strain softening analysis Incorporating the reduction of shear stiffness and strength parameters. The comparison of model tunnel test result and numerical simulation using strain softening analysis showed good agreement in crown settlement, normalized subsidence settlement and developing shear bands above tunnel shoulder. In this study, it is blown that the strain softening modeling is applicable to the nonlinear deformation analysis of shallow tunnel.
In this paper the behavior of saturated sand deposits where liquefaction occurred before is studied for successive earthquakes. The relationship between past pore pressure generation and reliquefaction resistance is examined by using cyclic direct simple shear tests. If the soil sample in direct simple shear produced nearly 90% of excess pore pressure during first time loading, its liquefaction resistance increased during following cyclic loading after consolidation. However, a fully liquefied soil during first time loading has a densely packed condition but shows less liquefaction resistance for the following cyclic loading. UBCSAND model that can account for pore pressure change and stiffness loss of soil during shaking is used to analyze the centrifuge test simulating reliquefaction. The pore pressure rise during first time cyclic loading controls liquefaction resistance. The measurements from reliquefaction centrifuge test are compared with numerical predictions. By considering frequent earthquakes having occurred at the Southern Korea near Japan, such effective stress approach is necessary for reliquefaction study.
Urban tunnels are usually important in terms of prediction and control of surface settlement, gradient and ground displacement. This paper has studied the application of strain softening analysis to predict deformation behavior of an urban NATM tunnel. The applied strain softening model considered the reduction of shear stiffness and strength parameter after yielding with strain softening effects of a given material. Measurements of surface subsidence and ground displacement were adopted to monitor the ground behavior resulting from the tunneling and to modify tunnel design. The numerical analysis results produced a strain distribution, deformational mechanism and surface settlement profile, which are in good agreement with the results of case study. The approach of strain softening modeling is expected to be a good prediction method on the ground displacement associated with NATM tunneling at shallow depth and soft ground.
Laminar-shear-boxes are widely used to simulate free-field seismic ground response by using a l-g shaking table or geo centrifuge in geotechnical earthquake engineering. This study numerically modeled and compared the ground responses in the free field, rigid box, and laminar shear box by using a 3-D FEM program. It is found from the numerical simulations that the laminar shear box can simulate the free field ground movement more precisely than the rigid box. However, the laminar shear box underestimated the surface acceleration of the free field ground. It also showed low-frequency characteristics probably because the stiffness and inertia effect of surrounding ground are neglected.
Unseong Kim;Kyeongryeol Park;Seongmin Kang;Yong Seok Choi;Kyungeun Jeong;Soomin Lee;Kyungjun Lee
Tribology and Lubricants
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v.40
no.4
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pp.133-138
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2024
This study evaluates the structural safety of wind turbine blades, analyzes the behavior of composite laminate structures with and without defects, and assesses surface erosion wear. The NREL 5 MW standard is applied to assign accurate composite material properties to each blade section. Modeling and analysis of the wind turbine blades reveal stable behavior under individual load conditions (gravity, motor speed, wind speed), with the web bearing most of the load. Surface erosion wear analysis in which microparticle impacts are simulated on the blade coating shows a maximum stress and maximum displacement of 14 MPa and 0.02 mm, respectively, indicating good initial durability, but suggest potential long-term performance issues due to cumulative effects. The study examines defect effects on composite laminate structures to compare the stress distribution, strain, and stiffness characteristics between normal and cracked states. Although normal conditions exhibit stable behavior, crack defects lead to fiber breakage, high-stress concentration in the vulnerable resin layer, and decreased rigidity. This demonstrates that local defects can compromise the safety of the entire structure. The study utilizes finite element analysis to simulate various load scenarios and defect conditions. Results show that even minor defects can significantly alter stress distributions and potentially lead to catastrophic failure if left unaddressed. These findings provide valuable insights for wind turbine blade safety evaluations, surface protection strategies, and composite structure health management. The methodology and results can inform the design improvements, maintenance strategies, and defect detection techniques of the wind energy industry.
In this study, characteristics of the seismic response of the non-earthquake resistant reinforced concrete (RC) frame were identified. The test building is designed to withstand only gravity loads and not in compliance with modern seismic codes. Smooth bars were utilized for the reinforcement. Members are provided with minimal amount of stirrups to withstand low levels of shear forces and the core concrete is virtually not confined. Columns are slender and more flexible than beams, and beam-column connections were built without stirrups. Through the modeling of an example RC frame, the feasibility of the fiber elementbased 3D nonlinear analysis method was investigated. Since the torsion is governed by the fundamental mode shape of the structure under dynamic loading, pushover analysis cannot predict torsional response accurately. Hence, dynamic response history analysis is a more appropriate analysis method to estimate the response of an asymmetric building. The latter method was shown to be accurate in representing global responses by the comparison of the analytical and experimental results. Analytical models without rigid links provided a good estimation of reduced stiffness and strength of the test structure due to bond-slip, by forming plastic hinges closer to the column ends. However, the absence of a proper model to represent the bond-slip poased the limitations on the current inelastic analysis schemes for the seismic analysis of buildings especially for those with round steel reinforcements. Thus, development of the appropriate bond-slip model is in need to achieve more accurate analysis.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.15
no.1
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pp.13-24
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2013
Various elastic wave-based site investigation methods have been used to characterize subsurface ground because the dynamic properties can be correlated with various geotechnical parameters. Although the inherent spatial variability of the geotechnical parameters affects the P-wave propagation characteristics, ground heterogeneity has not been considered as an influential factor. Thus, the effect of heterogeneous ground on the travel-time shift and wavefront characteristics of elastic waves through stochastic numerical analyses is investigated in this study. The effects of the relative correlation lengths and relative propagation distances on the travel-time shift of P-waves considering various intensities of ground heterogeneity were investigated. Heterogeneous ground fields of stiffness (e.g., the coefficient of variation = 10 ~ 40%) were repeatedly realized in numerical finite difference grids using the turning band method. Monte Carlo simulations were undertaken to simulate P-wave propagation in heterogeneous ground using a finite difference method-based numerical approach. The results show that the disturbance of the wavefront becomes more significant with stronger heterogeneity and induces travel-time delays. The relative correlation lengths and propagation distances are systematically related to the travel-time shift.
Jang, Kyung Suk;Lim, Hyoung Jun;Hwang, Ji Hye;Shin, Jaeyoon;Yun, Gun Jin
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.48
no.10
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pp.773-782
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2020
The development of joint FE models for deep learning neural network (DLNN)-based hybrid FEA is presented. Material models of bolts and bearings in the front axle of tractor, showing complex behavior induced by various tightening conditions, were replaced with DLNN models. Bolts are modeled as one-dimensional Timoshenko beam elements with six degrees of freedom, and bearings as three-dimensional solid elements. Stress-strain data were extracted from all elements after finite element analysis subjected to various load conditions, and DLNN for bolts and bearing were trained with Tensorflow. The DLNN-based joint models were implemented in the ABAQUS user subroutines where stresses from the next increment are updated and the algorithmic tangent stiffness matrix is calculated. Generalization of the trained DLNN in the FE model was verified by subjecting it to a new loading condition. Finally, the DLNN-based FEA for the front axle of the tractor was conducted and the feasibility was verified by comparing with results of a static structural experiment of the actual tractor.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.20
no.3
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pp.10-17
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2016
This paper presents a laboratory validation of a new approach for Finite Element Model Updating(FEMU) on short-span bridges by combining ambient vibration measurements with static load input-deflection output measurements. The conventional FEMU approach based on modal parameters requires the assumption on the system mass matrix for the eigen-value analysis. The proposed approach doesn't require the assumption and even provides a way to update the mass matrix. The proposed approach consists of two steps: 1) updating the stiffness matrix using the static input-deflection output measurements, and 2) updating the mass matrix using a few lower natural frequencies. For a validation of the proposed approach, Young's modulus of the laboratory model was updated by the proposed approach and compared with the value obtained from strain-stress tests in a Universal Testing Machine. Result of the conventional FEMU was also compared with the result of the proposed approach. It was found that proposed approach successfully estimated the Young's modulus and the mass density reasonably while the conventional FEMU showed a large error when used with higher-modes. In addition, the FE modeling error was discussed.
The p-y curve has been used to design pile foundations subjected to lateral loading. Although the p-y curve has a large influence on the pile lateral behavior, p-y curves have not been clearly suggested. In this study, the p-y curve of clay was evaluated for drilled shafts in marine deposits by using 3-dimensional numerical analyses. First, the optimization study was performed to properly determine boundary extent, mesh size, and interface stiffness. The numerical modeling in the study was verified by comparing the calculated and the pile loading test results. Then, the p-y curves of single and group piles were evaluated from the parametric study. The selected parameters were pile diameter, pile Young's modulus and pile head fixed condition for a single pile, and pile spacing for group piles. Finally, the p-multiplier was evaluated by comparing the p-y curves of a single pile and group piles. As a result, the p-multiplier at pile spacing of 3D was 0.83, 0.67 and 0.78 for the front, middle, and back row piles, respectively, and showed values similar to those of O'Neill and Reese (1999). For the pile group with pile spacing larger than 60, the group effect can be ignorable.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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