This paper presents the results of a parametric study on the interaction between buried pipes and surface load using the finite element method of analysis. A series of laboratory model tests were also performed in order to validate the adopted finite element model and to capture essential features of the physical behavior of buried pipes subjected to surface load. In the parametric study, a wide range of boundary conditions were analyzed with emphasis on the response of the buried pipes to surface load. The results of analysis such as contact stress distribution at the soil/pipe interface and axial thrust of the pipe were thoroughly analyzed, and a database on the response of buried pipe under surface load was established for future development of a semi-empirical design/analysis method. The results indicated that the degree of interaction between buried pipes and surface load significantly varies with the vertical and lateral location of pipe with respect to surface load, and that the current design method, which does not consider soil-structure interaction, cannot correctly capture the pipe response to surface loading. Furthermore, based on the results of analysis, a semi-empirical equation was suggested, which estimates the maximum pipe thrust due to surface load for flexible buried pipes.
Kim, Hyung-Woo;Hong, Sup;Lee, Chang-Ho;Choi, Jong-Su;Yeu, Tae-Kyeong
Journal of Navigation and Port Research
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v.34
no.3
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pp.195-203
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2010
This paper concerns about total dynamic analysis of integrated mining system. This system consists of vertical steel pipe, intermediate buffer station, flexible pipe and self-propelled miner. The self-propelled miner and buffer are assumed as rigid-body of 6-dof. Discrete models of vertical steel pipe and flexible pipe are adopted, which are obtained by means of lumped-parameter method. The motion of mining vessel is not considered. Instead, the motion of mining vessel is taken into account in form of various boundary conditions (e.g. forced excitation in slow motion and/or fast oscillation and so on). A terramechanics model of extremely cohesive soft soil is applied to the self-propelled miner. Hinged and ball constraints are used to define the connections between sub-systems (vertical steel pipe, buffer, flexible pipe, self-propelled miner). Equations of motion of the coupled model are derived with respect to the each local coordinates system. Four Euler parameters are used to express the orientations of the sub-systems. To solve the equations of motion of the total dynamic model, an incremental-iterative formulation is employed. Newmark-${\beta}$ method is used for time-domain integration. The total dynamic responses of integrated mining system are investigated.
The main objective of this paper is to analyze the rectangular stiffened plates with two opposite ends elastically restrained and the others simply supported subjected to in-plane bending by Finite Element Method. Another objective is to develope Classical Method analyzing the unstiffened rectangular plates with the above boundary conditions. In order to validate finite element and classical methods, the buckling strengths of the rectangular plates with four simply supported ends, and with two simply supported and the others fixed ends by finite element method and classical method are compared with those of references. In finite element method, elastically restrained ends can be obtained as considering torsional and warping rigidities of end stiffeners. The buckling strengths of the rectangular plates with elastically restrained ends by finite element and classical methods are calculated and compared with each other. In case of stiffened plates, to validate finite element method, the buckling strengths of the rectangular stiffened plates with four simply supported ends, and with two simply supported and the others fixed ends are also compared with those of references. The buckling strengths of the rectangular stiffened plates with elastically restrained ends by finite element method are calculated as solving eigenvalue problems which are obtained as assembling rectangular plate elements and beam elements considered torsional and warping rigidities. The buckling strengths of rectangular stiffened plates according to various positions of rectangular intermediate stiffener, J and I/sub w/ of end stiffeners are also obtained, which are compared to determine the efficient position of intermediate stiffener.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.27
no.6
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pp.533-542
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2014
In design standards such as AASHTO LRFD and Korea Highway Bridge Design, the dynamic behaviors under the impact loading has not been considered and it recommends of using a static force for designing bridge column against vehicle collisions. Accordingly, in this study, models of vehicle collisions to concrete bridge column were developed with various boundary conditions in order to take into account dynamic behaviour of the column. Cargo trucks of 10tons, 16tons and 38tons were selected and a typical type of concrete bridge pier column along the Kyungbu highway in Korea was selected for this study. Results from this study indicate that the static load specified in the design standards are too small compared to results obtained in this study. It was also found that a consideration of the bridge superstructure allowed smaller damages of concrete bridge pier column under truck impact loadings. Furthermore, a comparison study of direct impact analysis of vehicle to bridge-column with in-direct impact analysis using load-time history functions was performed. The in-direct impact analysis shows that the use of load-time history graph improves the computational cost up to 92% and predict the behaviors of the bridge column under the impact loadings well. The obtained load-time history graph could be easily applied to several existing models.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.29
no.6
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pp.529-538
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2016
The simplified plate theory is presented for static and free vibration analysis of power-law(P) and sigmoid(S) Functionally Graded Materials(FGM) plates. This theory considers the parabolic distribution of the transverse shear stress, and satisfies the condition that requires the transverse shear stress to be zero on the upper and lower surfaces of the plate, without the shear correction factor. The simplified plate theory uses only four unknown variables and shares strong similarities with classical plate theory(CPT) in many aspects such as stress-resultant expressions, equation of motion and boundary conditions. The material properties of the plate are assumed to vary according to the power-law and sigmoid distributions of the volume fractions of the constituents. The Hamilton's principle is used to derive the equations of motion and Winkler-Pasternak elastic foundation model is employed. The results of static and dynamic responses for a simply supported FGM plate are calculated and a comparative analysis is carried out. The results of the comparative analysis with the solutions of references show relevant and accurate results for static and free vibration problems of FGM plates. Analytical solutions for the static and free vibration problems are presented so as to reveal the effects of the power law index, elastic foundation parameter, and side-to-thickness ratio.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.30
no.6
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pp.495-500
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2017
In the boundary layer of supersonic or hypersonic vehicles, there is the conversion from kinetic energy to thermal energy, called aerodynamic heating. Aerodynamic heating has to be considered to design supersonic vehicles, because it induces severe heat flux to surface. Transient heat transfer analysis with CFD is used to predict thermal response of vehicles, however transient heat transfer analysis needs excessive computing powers. Loosely coupled method is widely used for evaluating thermal response, however it needs to be revised for overestimated heat flux. In this research, quasi-transient method, which is combined loosely coupled method and conjugate heat transfer analysis, is proposed for evaluating thermal response with efficiency and reliability. Defining reference time of splitting flight scenario for transient simulation is important on accuracy of quasi-transient method, however there is no algorithm to determine. Therefore the research suggests the algorithm with various flow conditions to define reference time. Supersonic flow field of blunt body with constant acceleration is calculated to evaluate quasi-transient method. Temperature difference between transient and quasi-transient method is about 11.4%, and calculation time reduces 28 times for using quasi-transient method.
Kim, Kyeongjin;Cho, Hwangki;Sohn, Dongwoo;Koo, Jaehyun;Lee, Jaeha
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.31
no.5
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pp.251-258
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2018
In construction site, conventional methods such as jackhammer or explosive methods(dynamite) have been often used for the demolition of structures. Use of those methods are more carefully treated in environmentally and historically sensitive area. For those reasons, use of Soundless Chemical Demolition Agent(SCDA) is getting the spotlight. The SCDA is a powder which has expansive strength when it is mixed with water. In these Characteristics, SCDA can destroy the concrete or rock as it is poured into boreholes of the concrete or rock structures. However, there is no industrial standard for the use of SCDA effectively yet. In this study, experimental study to measure the expansive pressure was conducted depending on various boundary conditions such as waterproof, length of the steel pipe, submerged of steel pipe. Furthermore, computational analysis using damage plasticity model to predict the minimum required pressure of the SCDA for the concrete demolition depending on spacing between holes(k-factor) and compressive strength of the concrete was conducted. Obtained results indicates that water heat dissipation with submerged steel pipe shows the stable pressure for measuring the SCDA and hole distance(k-factor) is the most important factor for crack initiation of concrete.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.21
no.5
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pp.591-598
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2015
A hydraulic characteristics in the surf zone such as wave breaking points, wave set-down, wave set-up, wave-induced currents and run-up heights are studied using the SWASH model during Typhoon NAKRI(1412) in Haeundae Beach. Incident wave conditions is obtained from one-hourly observed wave data by KHOA and irregular wave by JONSWAP spectrum is given as an open boundary condition in the model. A Wave-induced current patterns by the SWASH model is compared with the observed currents and sediment flux patterns in that areas, the calculated maximum wave run-up heights in the model is compared with the video monitoring data, the empirical formula by Stockdon et al. and Mase. A dominant longshore currents toward the east of the beach appears due to the effect of incident wave direction and the geographical features and some rip currents occurs at the central part of the beach. The maximum wave run-up height(1.15 m) by the SWASH model shows a similar pattern with the video monitoring data(1.26 m) and the magnitude shows a similar result(1.33m) by Stockdon et al.
Purpose: To generate phase images with free of motion-induced artifact and susceptibility-induced distortion using 3D radial ultrashort TE (UTE) MRI. Materials and Methods: The field map was theoretically derived by solving Laplace's equation with appropriate boundary conditions, and used to simulate the image distortion in conventional spin-warp MRI. Manufacturer's 3D radial imaging sequence was modified to acquire maximum number of radial spokes in a given time, by removing the spoiler gradient and sampling during both rampup and rampdown gradient. Spoke direction randomly jumps so that a readout gradient acts as a spoiling gradient for the previous spoke. The custom raw data was reconstructed using a homemade image reconstruction software, which is programmed using Python language. The method was applied to a phantom and in-vivo human brain and abdomen. The performance of UTE was compared with 3D GRE for phase mapping. Local phase mapping was compared with T2* mapping using UTE. Results: The phase map using UTE mimics true field-map, which was theoretically calculated, while that using 3D GRE revealed both motion-induced artifact and geometric distortion. Motion-free imaging is particularly crucial for application of phase mapping for abdomen MRI, which typically requires multiple breathold acquisitions. The air pockets, which are caught within the digestive pathway, induce spatially varying and large background field. T2* map, that was calculated using UTE data, suffers from non-uniform T2* value due to this background field, while does not appear in the local phase map of UTE data. Conclusion: Phase map generated using UTE mimicked the true field map even when non-zero susceptibility objects were present. Phase map generated by 3D GRE did not accurately mimic the true field map when non-zero susceptibility objects were present due to the significant field distortion as theoretically calculated. Nonetheless, UTE allows for phase maps to be free of susceptibility-induced distortion without the use of any post-processing protocols.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.23
no.4
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pp.313-325
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2011
Finite element grid system using h-refinement on the Yellow Sea was constructed based on previous study (Suh, 1999b) from 14 K to 210 K and special attention was concentrated on refining the coastal zone. In grid generation, depth change between adjacent points and non-dimensional tidal wave length ratio were considered. As a result approximately a quarter of the total nodes are located nearby 5 m of shallow area. Accurate bathymetry data using 30's and ETOPO1 with open boundary conditions of 8 major tidal constituents extracted automatically from FES2004 have been applied. In tidal simulation a 3-dimensional nonlinear harmonic model was setup and tidal amplification due to changes in vertical turbulent and bottom friction were simulated. In this study not only 8 major tidal constituents but also nonlinear shallow tides $M_4,$, $MS_4$ and long period $M_f,$, $M_{sf}$ were reproduced. It is found that implication of spatial variation of friction coefficient plays a very important role in reproduction of astronomical and shallow tides which are computed by iterative computation of nonlinear terms. Also it should be considered differently with respect to tidal periods. To understand the distribution of tidal asymmetry, amplitude ratio of $M_4/M_2$ and phase differences $2g(M_2)-g(M_4)$ were calculated. Tidal distortion ratio marks up to 0.2 on the west coast showing shallow coastal characteristics and somewhat wide range of ebb-dominances in front of Mokpo area are reproduced.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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