Park, Won-Man;Joo, Jeung-Woo;Kim, Kyung-Soo;Lee, Ki-Seok;Kim, Yoon-Hyuk
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.33
no.7
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pp.637-644
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2009
We have analyzed the biomechanical characteristics of cervical spine after total disc replacement using finite element analysis. A finite element model of C2-C7 spinal motion segment was developed and validated by other experimental studies. Two types of artificial discs, semi-constraint and un-constraint, were inserted at C6-C7 segments. Inferior plane of C7 vertebra was fixed and 1Nm of moment were applied on superior plane of C2 vertebra with 50N of compressive load along follower load direction. Mobility of the cervical spine in which each artificial disc inserted was higher than that of intact one in all loading conditions. Also, high mobility at the surgical level after total disc replacement could lead higher facet joint force and ligaments axial stresses. The results of present study could be used to evaluate surgical option and validate the biomechanical characteristics of the implant in total disc replacement in cervical spine.
It has long been known that the oxidation kinetics of Zr-based alloys undergoes a crossover from parabolic to cubic in the pretransition period (before breakaway of the oxide scale). This kinetic crossover, however, is not fully understood yet. We have earlier proposed a model for the Zr-oxidation kinetics, in a closed form for the first time, by taking into account a compressive strain energy gradient as a diffusional driving force in addition to a chemical potential gradient of component oxygen across the ZrO$_2$ scale upon Zr [J. Nucl. Mater., 299 (2001) 235]. In this paper, we experimentally reconfirm the validity of the proposed model by using the thermogravimetric data on mass gain of Zr in a plate and wire form, respectively, in air atmosphere at different temperatures in the range of 500$^{\circ}$ to 800$^{\circ}C$, and subsequently report on the numerical values for oxygen chemical diffusivity and strain energy gradient across the oxide scale.
This article presented a comprehensive model to study static buckling stability and associated mode-shapes of higher shear deformation theories of sandwich laminated composite beam under the compression of varying axial load function. Four higher order shear deformation beam theories are considered in formulation and analysis. So, the model can consider the influence of both thick and thin beams without needing to shear correction factor. The compression force can be described through axial direction by uniform constant, linear and parabolic distribution functions. The Hamilton's principle is exploited to derive equilibrium governing equations of unified sandwich laminated beams. The governing equilibrium differential equations are transformed to algebraic system of equations by using numerical differential quadrature method (DQM). The system of equations is solved as an eigenvalue problem to get critical buckling loads and their corresponding mode-shapes. The stability of DQM in determining of buckling loads of sandwich structure is performed. The validation studies are achieved and the obtained results are matched with those. Parametric studies are presented to figure out effects of in-plane load type, sandwich thickness, fiber orientation and boundary conditions on buckling loads and mode-shapes. The present model is important in designing process of aircraft, naval structural components, and naval structural when non-uniform in-plane compressive loading is dominated.
Channels are implemented in composite beams as shear connectors in two arrangements, face to face and back to back. No relevant explanation is found in the design codes to clarify the preference of the mentioned arrangements. Besides, the designers do not have a common opinion on this subject; i.e., some recommend the face to face and others, back to back status. In this research, channel shear connectors in composite beams are studied analytically for both arrangements using ABAQUS software. For this purpose, they have been modeled in simply supported beams in the arrangements of face to face and back to back; their effects on the crack initiation load of concrete slabs were monitored. The stiffness values of composite beams were also compared in the two arrangements using force-displacement curve; the results are relatively the same in both cases. Furthermore, the effects of compressive strength of concrete, channel size, length and spacing of channels as well as steel type of channels on the performance of composite beams have been investigated. According to the results obtained in this research, the face to face status shows better performance in comparison with that of back to back, considering the load of concrete fracturing.
Han, Qiang;Zhou, Yulong;Du, Xiuli;Huang, Chao;Lee, George C.
Earthquakes and Structures
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v.7
no.3
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pp.251-269
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2014
To investigate the seismic performance and to obtain quantitative parameters for the requirement of performance-based bridge seismic design approach, 12 reinforced concrete (RC) hollow rectangular bridge column specimens were tested under constant axial load and cyclic bending. Parametric study is carried out on axial load ratio, aspect ratio, longitudinal reinforcement ratio and transverse reinforcement ratio. The damage states of these column specimens were related to engineering limit states to determine the quantitative criteria of performance-based bridge seismic design. The hysteretic behavior of bridge column specimens was simulated based on the fiber model in OpenSees program and the results of the force-displacement hysteretic curves were well agreed with the experimental results. The damage states of residual cracking, cover spalling, and core crushing could be well related to engineering limit states, such as longitudinal tensile strains of reinforcement or compressive strains of concrete, etc. using cumulative probability curves. The ductility coefficient varying from 3.71 to 8.29, and the equivalent viscous damping ratio varying from 0.19 to 0.31 could meet the requirements of seismic design.
The intentional buckling design of micro-films has various potential applications in engineering. The buckling amplitude and critical strain of micro-films are the crucial parameters for the buckling design. In the reported studies, the film parameters were regarded as deterministic. However, the geometrical and physical parameters uncertainty of micro-films due to manufacturing becomes prominent and needs to be considered. In the present paper, the probabilistic nonlinear buckling analysis of micro-films with uncertain parameters is proposed for design accuracy and reliability. The nonlinear differential equation and its asymptotic solution for the buckling micro-film with nominal parameters are firstly established. The mean values, standard deviations and variation coefficients of the buckling amplitude and critical strain are calculated by using the probability densities of uncertain parameters such as the film span length, thickness, elastic modulus and compressive force, to reveal the effects of the film parameter uncertainty on the buckling deformation. The results obtained illustrate the probabilistic relation between buckling deformation and uncertain parameters, and are useful for accurate and reliable buckling design in terms of probability.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.11
no.2
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pp.23-29
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2011
In this experimental study, bond splitting strength and behavior were evaluated through pull-out tests. The tests were conducted on a GFRP rebar with roughened surface which was produced by Canadian manufacturer. The used variables in this study were rebar diameter, cover depth and compressive strength of concrete. For each variable, five specimens were made and tested to obtain good results. The bond splitting behavior was investigated from the relationship of pull-out force and slip. The experimental bond splitting strength was compared with the predicted strength obtained from the equations presented by some researchers. The results of the comparison demonstrated that the strength could be predicted well by using the Harajli et al's equation.
The frame structures investigated in this paper is composed of Concrete encased columns with L-shaped steel section and steel beams. The seismic behavior of this structural system is studied through experimental and numerical studies. A 2-bay, 3-story and 1/3 scaled frame specimen is tested under constant axial loading and cyclic lateral loading applied on the column top. The load-displacement hysteretic loops, ductility, energy dissipation, stiffness and strength degradation are investigated. A typical failure mode is observed in the test, and the experimental results show that this type of framed structure exhibit a high strength with good ductility and energy dissipation capacity. Furthermore, finite element analysis software Perform-3D was conducted to simulate the behavior of the frame. The calculating results agreed with the test ones well. Further analysis is conducted to investigate the effects of parameters including concrete strength, column axial compressive force and steel ratio on the seismic performance indexes, such as the elastic stiffness, the maximum strength, the ductility coefficient, the strength and stiffness degradation, and the equivalent viscous damping ratio. It can be concluded that with the axial compression ratio increasing, the load carrying capacity and ductility decreased. The load carrying capacity and ductility increased when increasing the steel ratio. Increasing the concrete grade can improve the ultimate bearing capacity of the structure, but the ductility of structure decreases slightly.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.21
no.2
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pp.33-40
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2021
For the practical application of U-flanged Truss Hybrid beams, the flexural capacity of hybrid beams with end reinforcement details using vertical steel plates was verified. The bending test of U-flanged Truss Hybrid beams was performed using the same top chord under the compressive force, but with the thickness of the bottom plate and the amount of tensile reinforcement. The initial stiffness and maximum load of the specimen with tensile reinforcement have a higher value than that of the specimen without tension reinforcement, but the more tensile reinforcement, the greater the load decrease after the maximum load. In the case of the specimen with tensile reinforcement, because the test result value is 76% to 88% when compared with the flexural strength according to Korea Design Code, the safety of the U-flanged Truss Hybrid beam with the same details of the specimens can't ensure. Therefore, the development of new details is required to ensure that the bottom steel plate and the tensile reinforcement can undergo sufficient tensile deformation.
As the main lateral load resisting system in high-rise reinforced concrete structures, the mechanical performance of shear wall has a significant impact on the structure, especially for high-rise buildings. Steel corrosion has been recognized as an important factor affecting the mechanical performance and durability of the reinforced concrete structures. To investigate the effect on the seismic behaviour of corroded reinforced concrete shear wall induced by corrosion, analytical investigations and simulations were done to observe the effect of corrosion on the ultimate seismic capacity and drift capacity of shear walls. To ensure the accuracy of the simulation software, several validations were made using both non-corroded and corroded reinforced concrete shear walls based on some test results in previous literature. Thereafter, a parametric study, including 200 FE models, was done to study the influence of some critical parameters on corroded structural shear walls with boundary element. These parameters include corrosion levels, axial force ratio, aspect ratio, and concrete compressive strength. The results obtained would then be used to propose equations to predict the seismic resistance and drift capacity of shear walls with various corrosion levels.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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