Seo, Dong-Kwan;Seo, Hyun-Jae;Kang, In-Pil;Kwon, Young-Min;Lee, Sang-Hoon;Hwang, Sung-Ho
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.33
no.11
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pp.1332-1340
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2009
The front end wheel loader is widely used for the loading of materials in mining and construction fields. It has repetitive digging, loading and dumping procedures. The bucket is subjected to large resistance force from the soil during scooping. We considered the soil reaction force characteristics from scooping procedure, the protection by overload and automatic scooping mode algorithm. The main topic of this paper is the analysis of the soil reaction force characteristics. The analysis of soil mechanics is carried out and the developed soil model is verified by experimental results from the simplified experimental equipment. A simplified model of the soil shape and bucket trajectory is used to determine the scooping direction based on an estimation of the resistance force applied on the bucket during the scooping motion. In the future, this model will be used for the generation of an appropriate path for the wheel loader automation.
Estimation of accumulated rotational angles and settlements are critical in design of wind turbine foundation. However, there have been few exploring the response of bucket foundation to long-term cyclic loading. We performed a series of three-dimensional finite element analyses of bucket foundations installed in sands. An empirical formulation which captures the stiffness degradation observed in cyclic triaxial tests implemented into the finite element analysis in the form of a user subroutine. Using the stiffness degradation model the accumulated rotation and displacement of bucket foundation were calculated. Additionally, important factors affecting the response under cyclic loading were assessed.
The bucket platform is a new structure suitable for construction of offshore bridge foundations and providing the temporary support for equipments and labour. The platform can be subjected to moment loading due to the eccentric loading or the horizontal load by wave and wind. Therefore, a three dimensional finite element analysis was performed to evaluate the moment bearing capacity of the bucket platform, varying soil density, the diameter and embedment depth of the bucket. The numerical modeling was verified and compared with the moment-rotation curve from a field loading test. The uniform sandy ground was assumed and the moment load was applied at the top plate of the platform, increasing bucket rotation. The moment-rotation relations were analyzed to determine the moment capacity, which was influenced by the embedment depth and diameter of the bucket. Finally, a preliminary design equation was suggested to estimate the moment bearing capacity.
Kim, Sung-Ryul;eong, Jae-Uk;Oh, Myounghak;Kwon, Osoon
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.32
no.3C
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pp.105-111
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2012
Bucket foundations, which are used in the foundations of offshore wind turbines, should be able to withstand large amounts of horizontal and moment loads. Tripod bucket foundation, which combines three single buckets, has been used to increase horizontal and moment capacities. This study performed numerical analysis using ABAQUS (2010), to analyze the group effect and the bearing capacity of a tripod bucket in clay. Parametric studies were performed varying the bucket spacing ratio S/D (S=spacing between the centers of the bucket and the tower; D=diameter of the bucket) and depth ratio L/D (L=embedded length of skirt). The applied constitutive models were a linear elastic perfectly plastic model with Tresca yield criteria for normally consolidated clay and an elastic model for buckets. Loading in the vertical, horizontal, and moment directions was simulated with an increase in each movement at a reference point. The bearing behavior and the capacities of a single and a tripod bucket were compared. Capacity evaluation method of the tripod bucket was suggested using the capacity of a single bucket.
Suction buckets have been widely used for offshore structures such as anchors for floating facilities, and the foundations of offshore wind energy turbines. However, the design guidelines for suction buckets have not been clearly suggested. Therefore, this study performed the numerical analysis by using ABAQUS (2010) to evaluate bearing capacities and load-movement behaviors of the suction bucket in NC clay. For the numerical analysis, the depth ratio L/D (L=embedded length of skirt; D=diameter of a bucket) was varied from 0.25 to 1.0. The analysis results showed that the L/D ratio has a significant effect on the bearing capacity, and the vertical and horizontal capacities respectively increased by about 40% and 90%, when L/D ratio increased from 0.25 to 1.0. At the vertical loading, the bucket showed the similar failure mode with a deep foundation, so the shaft and toe resistances can be separately evaluated. At the horizontal loading, the bucket with L/D=O.25 showed the sliding failure mode and the bucket with $L/D{\geq}0.5$ showed the rotational failure mode.
Bagheri, Pouyan;Yoon, Jong Chan;Son, Su Won;Kim, Jin Man
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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v.22
no.1
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pp.5-12
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2021
Owing to economically efficient and easy installation, bucket foundation is a promising solution for offshore wind turbines. This paper aims at finding the behavior of suction caissons and soil surrounding the foundation by using three-dimensional finite element analysis. Under various loading conditions, a wide range of foundation geometries installed in dense and medium dense sandy soil was considered to evaluate ultimate horizontal load and overturning moment capacity. The results show that the rotation and displacement of the bucket due to monotonic loading are largely dependent on the foundation geometry, soil density and load eccentricity. Normalized diagrams and equations for the ultimate horizontal load and overturning moment capacities are presented that are useful tool for the preliminary design of such foundation type.
In this paper, the various parametric study of collisions between a offshore wind tower and vessels were performed to estimate the ultimate behaviors of the bucket foundation and the tower. Additionally, the stability of the foundation and the energy dissipation capacities of the tower were analyzed. The results shows that the collision energy of the vessel was mainly dissipated by the plastic deformation energy of the tower and the foundation system shown enough bearing capacity against to this severe loading condition.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.28
no.2
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pp.40-51
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1991
A Propeller design method using the newly developed blade section(KH18), which behaves better cavitation characteristics, is presented. Experimental results for two-dimensional foil sections show that the lift-drag curve and the cavitation-free bucket diagram of the new blade section are wider comparing to those of the existion NACA sections. This characteristic of the new section is particularly important for marine propeller applications since angle of attack variation of the propeller blade operating behind a non-uniform ship's wake is relatively large. A lifting surface theory is used for the design of a propeller with the developed section for a 2700 TEU container ship. Since the most suitable chordwise loading shape is not known a priori, chordwise loading shape is chosen as a design parameter. Five propellers with different chordwise loading shapes and different foil sections are designed and tested in the towing tank and cavitation tunnel at KRISO. It is observed by a series of extensive model tsets that the propeller(KP197) having the chordwise loading shape, which has less leading edge loading at the inner radii and more leading edge loading at the outer radii of 0.7 radius, has higher propulsive efficiency and better cavitation characteristics. The KP197 propeller shows 1% higher efficiency, 30% cavitation volume reduction and 9% reduction of fluctuating pressure level comparing to the propeller with an NACA section. More appreciable efficiency gain for the new blade section propeller would be expected by reduction of expanded blade area considering the better cavitation characteristics of the new blade section.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.25
no.3
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pp.123-127
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2013
In this study, the buckling behaviors during the installation of a bucket foundation for an offshore wind turbine tower were investigated. The objective structure was modeled by using a commercial structural analysis program, and the buckling behavior of the model was estimated as Batdorf's parameter Z in the design code. The surrounding soil conditions and loading condition were applied to the verified analysis model. The effects of parameters such as the longitudinal stiffeners and driven depth were estimated for the buckling capacity. As a result, it was found that the longitudinal stiffeners could drastically increase the buckling capacity in a specific region. In addition, the buckling capacities increased linearly when considering the effect of the surrounding soil.
Purpose: This study was conducted to experimentally investigate the structural safety of and identify critical locations in a front-end loader under impact loads. Methods: Impact and static tests were conducted on a commonly used front-end loader mounted on a tractor. In the impact test, the bucket of the front-end loader with maximum live load was raised to its maximum lift height and was allowed to free fall to a height of 500 mm above the ground where it was stopped abruptly. For the static test, the bucket with maximum live load was raised and held at the maximum lift height, median height, and a height of 500 mm from the ground. Strain gages were attached at twenty-three main locations on the front-end loader, and the maximum stresses and strains were measured during respective impact and static tests. Results: Stresses and strains at the same location on the loader were higher in the impact test than in the static test, for most of measurement locations. This indicated that the front-end loader was put under a severe environment during impact loading. The safety factors for stresses were higher than 1.0 at all locations during impact and static tests. Conclusions: Since the lowest safety factor was higher than 1.0, the front-end loader was considered as structurally safe under impact loads. However, caution must be exercised at the locations having relatively low safety factors because failure may occur at these locations under high impact loads. These important design locations were identified to be the bucket link elements and the connection elements between the tractor frame and front-end loader. A robust design is required for these elements because of their high failure probability caused by excessive impact stress.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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