Seismic behavior of Osmanli and Senyuva stone bridges was addressed in this study. A combination of FEM and DEM was employed for getting closer to the real behavior of the bridge. One of the unique features of this combinational method is simulation close to reality. Modal numerical analysis was also used to verify the modeling. At the end of earthquake, a part of two lateral walls of Osmanli bridge was broken. The growth of arch cracks also increased during the earthquake. A part of right-hand wall of Senyuva Bridge was destructed during the earthquake. The left-hand side of the bridge wall was damaged during the earthquake but was not destructed.
Taylor rod impact tests have been the subject of many theoretical and experimental investigations. This paper discusses the numerical methods for simulating the Taylor impact test, which is widely used to obtain constitutive equations and failure conditions under high-velocity collisions of materials. With this in mind, a particle-based MPM (material point method) for linear viscoelastic solid materials was implemented, and MPM simulations for viscoelastic deformation behavior were numerically verified and confirmed by comparing the MPM and FEM results. In addition, this modeling and numerical approach could be extended to more complex viscoelastic models for basic understanding and to analyze the deformation and fracture behavior of more complicated viscoelastic material systems.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.41
no.2
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pp.145-152
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2017
Mixing of molecular grains having different characteristics is very important in many industries such as the food and pharmaceutical industries. With the development of computer simulations, it is common practice to find the optimal mixing conditions through a simulation before the actual mixing task to estimate the proper level of mixing. Accordingly, there has been an increasing need for a mixing index to measure the mix of particles in the simulation process. Mixing indices, which have been widely used so far, can largely be classified into two types: first is the statistical-based mixing index, which is prepared using the sampling method, and the second is the mixing index that is prepared using all the particles. In this paper, we calculated mixing indices in different ways for the data in the course of mixing the particles using the DEM simulation. Additionally, we compared the performance, advantages, and disadvantages of each mixing index. Therefore, I propose a standard that can be used to select an appropriate mixing index.
In this study, modeling shear characteristics of a coarse material mainly containing crushed stones were implemented using PFC2D, a commercially available code based on DEM(Discrete Element Method). Using the DEM code, this study provides the methodology considering the shear characteristics due to a irregular grain shape, GSD(Grain Size Distribution) and porosity of coarse material which are not effectively incorporated in conventional continuum numerical codes. Direct shear test was simulated for the GSD and porosity generated sample using the code and the simulated results showed very good agreement with the laboratory test results. The current modeling approach can be applied to other coarse materials having various GSD and porosities. Using such application, prediction of the strength characteristics of coarse material in field scale would be possible, which is limited in laboratory scale so far.
Park, Jong-Sung;Ryu, Chang-Ha;Lee, Chung-In;Ryu, Dong-Woo
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.9
no.2
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pp.133-141
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2007
The excavation damaged zone (EDZ) is an area around an excavation where in situ rock mass properties, stress condition, displacement, groundwater flow conditions have been altered due to the processes induced by the excavation. Various studies have been carried out on EDZ, but most studies have focused on the mechanical bahavior of EDZ by in situ experiment. Even though the EDZ could potentially form a high permeable pathway of groundwater flow, only a few studies were performed on the analysis of groundwater flow in EDZ. In this study, the 'hydraulic EDZ' was defined as the rock zone adjacent to the excavation where the hydraulic aperture has been changed due to the excavation by using H-M coupling analysis. Fundamental principles of distinct element method (DEM) were used in the analysis. In the same groundwater level, the behavior of hydraulic aperture near the cavern was analyzed for different stress ratios, initial apertures, fracture angles and fracture spacings by using a two-dimensional DEM program. We evaluate the excavation induced hydraulic aperture change. Using the results of the study, hydraulic EDZ was defined as an elliptical shape model perpendicular to the joint.
The binary mixture consists of two types of granular media with different physical attributes and sizes, which can be characterized by the percentage of large granules by weight (P) and the particle size ratio (${\alpha}$). Researchers determine that two thresholds ($P_S$ and $P_L$) exist for the peak shear strength of binary mixtures, i.e., at $P{\leq}P_S$, the peak shear strength is controlled by the small granules; at $P{\leq}P_L$, the peak shear strength is controlled by the large granules; at $P_S{\leq}P{\leq}P_L$, the peak shear strength is governed by both the large and small granules. However, the thresholds of binary mixtures with different ${\alpha}$ values, and the explanation related to the inner details of binary mixtures to account for why these thresholds exist, require further confirmation. This paper considers the mechanical behavior of binary mixtures with DEM analysis. The thresholds of binary mixtures are found to be strongly related to their coordination numbers $Z_L$ for all values of ${\alpha}$, where $Z_L$ denotes the partial coordination number only between the large particles. The arrangement structure of the large particles is examined when P approaches the thresholds, and a similar arrangement structure of large particles is formed in both 2D and 3D particle systems.
In order to analyze ground relaxation and cavity formation mechanism due to deteriorated sewer pipe, field test was carried out and a numerical assessments were compared with the field test results. An artificial underground cavity was intended using the ice block overlaying the buried pipe and confirmed that the cavity and relaxation of the surrounding ground were gradually formed as the ice block starts to melt down. Such mechanism was highly suspected to be involved with soil particle interlocking as a soil compaction was a typical process for the buried pipes. In exploring such mechanism numerically, commercially available DEM (Discrete Element Method) code PFC2D was used and the interlocking induced cavern behaviors were successfully simulated and compared with field test results by utilizing the clump logic imbedded in PFC code.
Gravelly soil is a kind of special geotechnical material, which is widely used in the subgrade engineering of railway, highway and airport. Its mechanical properties are very complex, and will greatly influence the stability of subgrade engineering. To investigate the mechanical properties and failure mechanism of gravelly soils, this paper introduced and verified a new discrete element method (DEM) of gravelly soils in large scale direct shear test, which considers the actual shape and broken characteristics of gravels. Then, the stress and strain characteristics, particle interaction, particle contact force, crack development and energy conversion in gravelly soils during the shear process were analyzed using this method. Moreover, the effects of gravel content (GC) on the mechanical properties and failure characteristics were discussed. The results reveal that as GC increases, the shear stress becomes more fluctuating, the peak shear stress increases, the volumetric strain tends to dilate, the average particle contact force increases, the cumulative number of cracks increases, and the shear failure plane becomes coarser. Higher GC will change the friction angle with a trend of "stability", "increase", and "stability". Differently, it affects the cohesion with a law of "increase", "stability" and "increase".
Bor, Amgalan;Batjargal, Uyanga;Jargalsaikhan, Battsetseg;Lee, Jehyun;Choi, Heekyu
Korean Journal of Materials Research
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v.28
no.3
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pp.148-158
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2018
This study investigated the effect of the grinding media of a ball mill under various conditions on the raw material of copper powder during the milling process with a simulation of the discrete element method. Using the simulation of the three-dimensional motion of the grinding media in the stirred ball mill, we researched the grinding mechanism to calculate the force, kinetic energy, and medium velocity of the grinding media. The grinding behavior of the copper powder was investigated by scanning electron microscopy. We found that the particle size increased with an increasing rotation speed and milling time, and the particle morphology of the copper powder became more of a plate type. Nevertheless, the particle morphology slightly depended on the different grinding media of the ball mill. Moreover, the simulation results showed that rotation speed and ball size increased with the force and energy.
The purpose of this study is to investigate the influence of cleavages on indirect tensile strength (ITS) of the granite. Brazilian disc tests and ring tests with three different hole sizes were performed. 2D DEM (Discrete Element Method) simulation was employed to further understand the failure process during the tests and the mechanism behind. Results show that ITS decreases across hardway, grain and rift cleavage. Measured average ITS from ring tests is about 2.5 ~ 6.4 times of those measured from Brazilian disc tests, and it decreases with increasing ratio of diameters of inner hole and specimen. Failure pattern in ring tests is influenced by both hole size and relative positions of cleavages parallel and perpendicular to the loading direction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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