Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.13
no.6
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pp.431-450
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2011
When a circular vertical shaft is constructed below the groundwater level, additional forces caused by groundwater flow besides horizontal effective stresses will act on the wall. The inward direction of the groundwater flow will be inclined to the vertical wall and its direction will change depending on the wall depth. In this paper, to figure out the effect of seepage forces acting on the circular vertical shaft, the slope of the inclined flow varying with the depth is divided into vertical and horizontal components to derive the coefficient of earth pressure considering the seepage pressure and to obtain the vertical stress by taking the seepage pressure into account. The control volume in this study is assumed to be the same with that of the dry ground condition within which the earth pressure is acting on the wall by the creation of the plastic zone during shaft excavation. An example study shows that the vertical stress increases by about 1.4 times and the horizontal earth pressure increases up to 2.5 times compared to the dry ground condition. The estimated values from the proposed equation considering seepage forces and the calculated values from numerical analysis with "effective stress plus seepage force" show similar values, which verifies appropriateness of the proposed equation to estimate the earth pressure under the seepage condition.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.20
no.5
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pp.855-867
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2018
When a weak zone exists ahead of tunnel face, the stress in the adjacent area would increase due to the longitudinal arching effect and the stability of the tunnel is affected. Therefore, it is critical to prepare a countermeasure through the investigation of the frontal weakness zone of the excavated face. Although there are several researches to predict the existence of weak zone ahead of tunnel face, such as geophysical exploration, numerical analysis and tunnel support, lack of studies on the relaxation zone depending on the width or distance from the vulnerable area. In this study, the impact of the weak zone on the formation of the relaxation zone was investigated. For this purpose, a series of laboratory test were carried out varying the width of the weak zone and the separation distance between tunnel face and weak zone. In the model test, sand with a water content of 3.8% was used to form a model ground. The model weak zone was constructed with dry sand curtains. The tunnel face was adjusted to allow a sequential excavation of upper and lower half part. load cells were installed on the bottom of the foundation and the tunnel face and measuring instruments for displacement were installed on the surface of the model ground to measure the vertical stress and surface displacements due to tunnel excavation respectively. The test results show that the width of weak zone did not affect the ground settlement while the ground subsidence drastically increased within 0.25D. The vertical stress and horizontal stress increased from 0.5D or less. In addition, the longitudinal arching effect is likely within the 1.0D zone ahead of the tunnel face, which may reduce the vertical stress in the ground following tunneling direction.
Shrinkage strains of concrete slab in multi-story building are restrained by structural members such as columns or walls, then can induce cracks due to excessive shrinkage stress over tensile strength of member. In this study, a shrinkage stress analysis method of concrete slab in multi-story building considering not only material properties such as shrinkage, creep and reinforcement effect but also construction sequence is proposed. Tensile stresses of slab due to shrinkage are calculated by converting shrinkage strains into equivalent temperature gradients, creep that can release shrinkage stress can be considered by replacing the modulus of elasticity of concrete, Ec , to the effective secant modulus of elasticity of concrete, E$\_$eff/ Reinforcements are also considered by modeling them as equivalent beam elements in FEM program. Results of step by step analysis reflecting construction sequence summed up to calculate stresses of the whole building considering that shrinkage stresses of the building come from the difference of shrinkage between i-th floor and (i-1)-th floor, named as effecitive shrinkage, and it can be varied by construction sequence. The results of 10-story example building show that shrinkage stresses of lower floors are greater than those of upper floors, that is, stresses of lower floors(1∼2FI.) exceed modulus of rupture of concrete, but stress ratios of higher floors are in the range of 27.9∼92.8%.
Residual stress is developed in the injection molded articles during the molding process due to temperature variation and shear stress. The residual stress causes the deformation and warpage in the injection molded parts shortly within several days or after several years. Therefore, the injection molding conditions should be optimized to reduce the residual stress. And residual stress in the part should be also relaxed after molding process to maintain its shape. According to the annealing conditions, such as relative humidity, temperature and time, this study investigates the relaxation of residual stress generated in the transparent injection molded specimens. Through the experimental results, it was realized that the residual stress was relaxed at a relative humidity higher than 50%. Utilizing photoelasticity equipment, it was found that the residual stress was rapidly relaxed near glass transition temperature. Additionally, we recognized that the specimen shrunk along the flow direction but expanded to the perpendicular direction of the flow during the annealing processes, which resulted in the warpage of the specimen.
The effect of chain orientation and relaxation on the characteristics of poly(ethylene naphthalate) (PEN) flexible substrate has been studied. It was found that the coefficient of thermal expansion (CTE) of PEN under $100^{\circ}C$ decreased as low as $20ppm/^{\circ}C$ due to the lowering of chain mobility by chain orientation. The thermal shrinkage was found to appear near glass transition temperature because of chain relaxation. It could be minimized by thermal annealing but CTE increased again up to $70ppm/^{\circ}C$ which was 65% of intrinsic CTE of PEN. Unstrained thermal annealing made possible to avoid the thermal shrinkage with maintaining low CTE obtained by chain orientation. Chain orientation did not affect the optical transmittance; however, thermal annealing caused the decrease of optical transmittance up to 5%. This was understood by the minor crystallization due to the thermal annealing near glass transition temperature.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.21
no.9
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pp.626-633
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2020
This study examined the behavior of the ground by comparing the methods using the results of the Terzaghi formula and the ground investigation data and method considering the dilatancy effect for a circular tunnel using the finite element method. In the case of the Terzaghi formula, the tunnel load can be overestimated and cause overdesign. The method using the results of the ground investigation data cannot be applied when a reasonable coefficient of earth pressure is not determined. This is because it behaves completely differently from the actual behavior, and unexpected problems can occur. In the case of the method considering the dilatancy effect, however, both the strength enhancement effect can be considered through the dilatancy angle and relative density. Therefore, the tunnel load was calculated most reasonably using the method considering dilatancy. Finite element analysis using the geotechnical survey results showed that the tensile stress acts at the top of the tunnel when the upper soil of the tunnel is shallow. On the other hand, additional verification is necessary, such as a comparison with the field measurement results. Through additional research, if normalized, the tunnel load can be calculated reasonably at the time of tunnel design, and safe and economical design is possible.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.12
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pp.1027-1035
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2016
In this study, a strain-controlled fatigue test of widely-used 316L stainless steel with excellent corrosion resistance and mechanical properties was conducted, in order to assess its fatigue life. Low cycle fatigue behaviors were analyzed at room temperature, as a function of the strain amplitude and strain ratio. The material was hardened during the initial few cycles, and then was softened during the long post period, until failure occurred. The fatigue life decreased with increasing strain amplitude. Masing behavior in the hysteresis loop was shown under the low strain amplitude, whereas the high strain amplitude caused non-Masing behavior and reduced the mean stress. Low cycle fatigue life prediction based on the cyclic plastic energy dissipation theory, considering Masing and non-Masing effects, showed a good correlation with the experimental results.
The Hoek-Brown failure criterion for rock masses developed first in 1980 is widely accepted and has been applied in a variety of rock engineering problems including slope analyses. The failure criterion was modified over the years because rock mass strength by the original failure criterion in 1980 was overestimated. The modified failure criterion, named Generalized Hoek-Brown Failure Criterion, was proposed with a new classification called the Geological Strength Index(GSI) in 1994. Generally, Hoek-Brown failure criterion is applied in numerical analyses of rock mass behaviors using equivalent Mohr-Coulomb parameters estimated by linear regression method. But these parameters estimated by this method have some inaccuracies to be applied and to be incorporated into numerical models and limit equilibrium programs. The most important issue is that this method cannot take account of non-linear characteristics of Hoek-Brown criterion, therefore, equivalent Mohr-Coulomb parameters is used as constant values regardless of field stress distribution in rock masses. In this study, the numerical analysis on rock slope stability considering non-linear characteristics of Hoek-Brown failure criterion was carried out. Futhermore, by the latest Hoek-Brown failure criterion in 2002, the revised estimating method of equivalent Mohr-Coulomb parameters was applied and rock mass damage criterion is introduced to account for the strength reduction due to stress relaxation and blast damge in slope stability.
A new method to measure residual stress in micron and nano scale films is described. In the theory it is based on Linear Elastic Fracture Mechanics. And in the techniques it depends on the combined capability of the focused ion beam (FIB) imaging system and of high-resolution digital image correlation (DIC) software. The method can be used for any film material (whether amorphous or crystalline) without thinning the substrate. In the method, a region of the film surface is highlighted and scanning electron images of that region taken before and after a long slot, depth a, is introduced using the FIB. The DIC software evaluates the displacement of the surface normal to the slot due to the stress relaxation by using features on the film surface. To minimize the influence of signal noise and rigid body movement, not a few, but all of the measure displacements are used for determining the real residual stress. The accuracy of the method has been assessed by performing measurements on a nano film of diamond like carbon (DLC) on glass substrate and on micro film of aluminum oxide thermally grown on Fecrally substrate. It is shown that the new method determines the residual stress ${\sigma}_R=-1.73$ GPa for DLC and ${\sigma}_R=-5.45$ GPa for the aluminum oxide, which agree quite well with ones measured independently.
The problem of residual stresses and fatigue behavior in welded structures is the main concern of welding research fields. The residual stresses and distortions of structures by welding exert negative effect on the safety of mechanical structures. Postweld heat treatment is usually carried out to relieve this residual stresses of welded joints. In this paper the influence of postweld heat treatment on fatigue life of butt-welded joint was investigated. To predict the effect of PWHT, an analytical model is developed by finite element and local strain approach and the result of fatigue life analysis is compared to experimental results. It is demonstrated that fatigue life estimates closely approximate the experimental results and PWHT provides some increase of fatigue lives in long-life fatigue region and no increase in short-life fatigue region because of the residual stress relaxation under tensile loads.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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