KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.14
no.2
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pp.269-279
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1994
This paper concentrates on the finite element analysis of concrete structures considering the material nonlinearity and time-dependent structural behavior. Using the rotating crack model among the smeared cracking model, the structural behavior up to ultimate load is simulated, and concrete is assumed to be an orthotropic material. Especially to include the tension stiffening effect in bending behavior, a criterion based on the fracture mechanics concept is introduced and the numerical error according to the finite element mesh size can be minimized through the application of the proposed criterion. Besides, the governing equation for steel is systematized by embeded model to cope with the difficulty in modeling of complex geometry. Finally, to trace the structural behavior with time under cracked and/or uncracked section, an algorithm for the purpose of time-dependent analysis is formulated in plane stress-strain condition by the age-adjusted effective modulus method.
In the present study, the nonlinear magneto-electro-mechanical free vibration behavior of rectangular double-bonded sandwich microbeams based on the modified strain gradient theory (MSGT) is investigated. It is noted that the top and bottom sandwich microbeams are considered with boron nitride nanotube reinforced composite face sheets (BNNTRC-SB) with electrical properties and carbon nanotube reinforced composite face sheets (CNTRC-SB) with magnetic fields, respectively, and also the homogenous core is used for both sandwich beams. The connections of every sandwich beam with its surrounding medium and also between them have been carried out by considering Pasternak foundations. To take size effect into account, the MSGT is introduced into the classical Timoshenko beam theory (CT) to develop a size-dependent beam model containing three additional material length scale parameters. For the CNTRC and BNNTRC face sheets of sandwich microbeams, uniform distribution (UD) and functionally graded (FG) distribution patterns of CNTs or BNNTs in four cases FG-X, FG-O, FG-A, and FG-V are employed. It is assumed that the material properties of face sheets for both sandwich beams are varied in the thickness direction and estimated through the extended rule of mixture. On the basis of the Hamilton's principle, the size-dependent nonlinear governing differential equations of motion and associated boundary conditions are derived and then discretized by using generalized differential quadrature method (GDQM). A detailed parametric study is presented to indicate the influences of electric and magnetic fields, slenderness ratio, thickness ratio of both sandwich microbeams, thickness ratio of every sandwich microbeam, dimensionless three material length scale parameters, Winkler spring modulus and various distribution types of face sheets on the first two natural frequencies of double-bonded sandwich microbeams. Furthermore, a comparison between the various beam models on the basis of the CT, modified couple stress theory (MCST), and MSGT is performed. It is illustrated that the thickness ratio of sandwich microbeams plays an important role in the vibrational behavior of the double-bonded sandwich microstructures. Meanwhile, it is concluded that by increasing H/lm, the values of first two natural frequencies tend to decrease for all amounts of the Winkler spring modulus.
Damage by high-speed impact fracture is a dominant mode of failure in several applications of concrete structures. Numerical modelling can play a crucial role in understanding and predicting complex fracture processes. The commonly used mesh-based Finite Element Method has difficulties in accurately modelling the high deformation and disintegration associated with fracture, as this often distorts the mesh. Even with careful re-meshing FEM often fails to handle extreme deformations and results in poor accuracy. Moreover, simulating the mechanism of fragmentation requires detachment of elements along their boundaries, and this needs a fine mesh to allow the natural propagation of damage/cracks. Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) is an alternative particle based (mesh-less) Lagrangian method that is particularly suitable for analysing fracture because of its capability to model large deformation and to track free surfaces generated due to fracturing. Here we demonstrate the capabilities of SPH for predicting brittle fracture by studying a slender concrete structure (column) under the impact of a high-speed projectile. To explore the effect of the projectile material behaviour on the fracture process, the projectile is assumed to be either perfectly-elastic or elastoplastic in two separate cases. The transient stress field and the resulting evolution of damage under impact are investigated. The nature of the collision and the constitutive behaviour are found to considerably affect the fracture process for the structure including the crack propagation rates, and the size and motion of the fragments. The progress of fracture is tracked by measuring the average damage level of the structure and the extent of energy dissipation, which depend strongly on the type of collision. The effect of fracture property (failure strain) of the concrete due to its various compositions is found to have a profound effect on the damage and fragmentation pattern of the structure.
On the basis of the strain-based shear strength model developed in the previous study, a strength model was developed to predict the direct punching shear capacity and unbalanced moment-carrying capacity of interior and exterior slab-column connections. Since the connections are severely damaged by flexural cracking, punching shear was assumed to be resisted mainly by the compression zone of the slab critical section. Considering the interaction with the compressive normal stress developed by the flexural moment, the shear strength of the compression zone was derived on the basis of the material failure criteria of concrete subjected to multiple stresses. As a result, shear capacity of the critical section was defined according to the degree of flexural damage. Since the exterior slab-column connections have unsymmertical critical sections, the unbalanced moment-carrying capacity was defined according to the direction of unbalanced moment. The proposed strength model was applied to existing test specimens. The results showed that the proposed method predicted the strengths of the test specimens better than current design methods.
Kim, Min-Ju;Jeong, Seong-Yun;Cha, Mi-Sun;Lee, Sang-Joon
Journal of Environmental Science International
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v.17
no.4
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pp.439-449
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2008
Algicidal bacterium was isolated from sea water during the declining period of Cochlodinium polykrikoides blooms and this bacterium had a significant algicidal activity against C. polykrikoides. In this study, algicidal bacterium was identified on the basis of biochemical and chemotaxonomic characteristics, and analysis of 16S rDNA sequences. The algicidal bacterium showed 98.6% homology with Micrococcus luteus ATCC $381^T$. Therefore, this bacterium was designated Micrococcus luteus SY-13. The optimal culture conditions of the algicidal bacterium was $25^{\circ}C$, initial pH 8.0, and 3.0% NaCl concentration. M. luteus SY-13 is assumed to produce secondary metabolites which have algicidal activity. When 10% culture filtrate of this strain was applied to C. polykrikoides ($1.0\;{\times}\;10^4\;cells/ml$) cultures, over 98% of C, polykrikoides cells were destroyed within 6 hours. The culture filtrate of M. luteus SY-13 exhibited similar algicidal activity after heat-treatment at $121^{\circ}C$ for 15 min. While algicidal activity remained in filtrates with pH adjusted to 8.0, loss of algicidal activity occurred when the pHs of filtrates were adjusted to over 9.0 or heat-treated at $121{\times}180^{\circ}C$ for 1 hour. M. luteus SY-13 showed significant algicidal activities against C. polykrikoides (98.9%) and a wide algicidal range against various harmful algal bloom (HAB) species. However, there was no algicidal effect on diatom and marine livefood organisms except Isocrysis galbana. These results suggest that M. luteus SY-13 could be a candidate for use in the control of HABs.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.1
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pp.61-69
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2001
EFP(Fitness For Purpose) type defect assessment methodologies based on ECA(Engineering Critical Analysis) have been established and are in use for the structural integrity evaluation of gas pipelines. ECA usually includes the fracture mechanics analysis, and it is assumed that the J-integral uniquely characterizes the crack-tip stress-strain field. However, it has been proven that the J-integral alone can not be sufficient to characterize the crack-tip field under low levels of constraint with a single parameter. Since pipeline structures are made of ductile material, locally loaded in tension, cracks may experience low level of constraint, and therefore, J-dominance will be lost. For this reason, the level of constraint must be quantified to establish a precise assessment procedure for pipeline defects. The objective of this paper is to investigate the fracture behavior of a crack in gas pipeline(KS D 3507) by quantifying the level of constraint. For this purpose, tensile tests and CTOD tests were performed at room temperature(24$\^{C}$) and low temperature(-40$\^{C}$) to obtain the material properties. J-Q analyses were performed for SENB and SENT specimens based on 2-D finite element analyses, in order to investigate the in-plane constraint effects on pipeline defects. For precise assessment of cracks, especially shallow cracks, in KS D 3507 pipeline, constraint effect must be considered.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2008.11a
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pp.71-81
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2008
This paper proposes a spectral element which can represent dynamic responses in high frequency domain such as Lamb waves on a thin plate. A two layer beam model under 2-D plane strain condition is introduced to simulate high-frequency dynamic responses induced by piezoelectric layer (PZT layer) bonded on a base plate. In the two layer beam model, a PZT layer is assumed to be rigidly bonded on a base beam. Mindlin-Herrmann and Timoshenko beam theories are employed to represent the first symmetric and anti-symmetric Lamb wave modes on a base plate, respectively. The Bernoulli beam theory and 1-D linear piezoelectricity are used to model the electro-mechanical behavior of a PZT layer. The equations of motions of a two layer beam model are derived through Hamilton's principle. The necessary boundary conditions associated with electro mechanical properties of a PZT layer are formulated in the context of dual functions of a PZT layer as an actuator and a sensor. General spectral shape functions of response field and the associated boundary conditions are formulated through equations of motions converted into frequency domain. A detailed spectrum element formulation for composing the dynamic stiffness matrix of a two layer beam model is presented as well. The validity of the proposed spectral element is demonstrated through comparison results with the conventional 2-D FEM and the previously developed spectral elements.
We cloned a cDNA (pPRC-1) which was comprised of 841 nucleotides from the cDNA library of a male ICR mouse submandibular gland ($SMG^+$). The nucleotide sequences of pPRC-1 were identical to those of exons 2 and 3 of the mGK-21 gene, a potentially functional glandular kallikrein identified in a Balb/c mouse, except for one nucleotide residue. Although this substitution changes Ile (ATT) in pPRC-1 to Val (GTT) in mGK-21, this difference has been explained by strain polymorphism. From the amino acid sequences predicted from its cDNA, we speculated that mGK-21 gene products/pGK21 consist of 261 amino acids including the $NH_2$-terminal signal peptide (residues 1~17), the short propeptide (residues 17~24), and the active peptide (residues 25~261). Although we did not demonstrate the enzyme activity of pGK21, it was assumed that pGK 21 was involved in the maturation of certain bioactive polypeptide(s) in mouse SMG for the following reasons : (a) mGK-21 gene was apparently expressed in a male ICR mouse SMG: (b) the proposed active site $His^{65}$, $Asp^{120}$, and $Ser^{213}$ residues were completely conserved in pGK21 just like other glandular kallikreins; (c) the cloned cDNA was translated to a predicted 27 kDa polypeptide chain in vitro: (d) the 27 kDa polypeptide chain produced by CHO cells was produced to a putative active form by trypsin.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.8
no.3
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pp.11-21
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2008
A linear and non-linear analysis for plates and shells with arbitrary edge supports subjected to various loading was presented. The 9-node ANS(Assumed Natural Strain) hell element was employed and the spring element, which could express an arbitrary edge support using the six degrees of freedom, was introduced. For the application of his analysis, the plates and shells with various edge supports were analyzed, and the ending behavior with these edge supports were obtained accurately. For these edge supports, particularly elastic edge support was simulated by six springs and reasonable results were obtained. The results show that the present method can be widely used to analyze the bending behavior of plates and shells with arbitrary edge conditions.
The behavior of eccentrically loaded steel column base plates is investigated experimentally and analytically. A total of 8 test specimens are fabricated and tested. The effects of eccentricity and thickness of baseplate on the behavior of base plates are investigated. Analytical study is performed using the Finite Element Analysis Program ANSYS 8.1 to investigate distribution of bearing pressure. The results from to the distribution of bending strain of the base plate. However, the distribution of the bearing pressure obtained from the analysis is different from that assumed in the current design method. The results from the analysis show that the bearing pressures of the baseplate are concentrated under the compressively stressed column flange, as the eccentricity is increased. Also the results from the analysis are different from the results of design using the existing design method and the design method according to the AISC-Steel Design Guide.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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