In this paper, a simple and accurate finite element model coupled to quasi-brittle damage law able to describe the multiple cracks initiation and their progressive propagation is developed in order to predict the complete force-displacement curve and the fracture pattern of human proximal femur under quasi-static load. The motivation of this work was to propose a simple and practical FE model with a good compromise between complexity and accuracy of the simulation considering a limited number of model parameters that can predict proximal femur fracture more accurately and physically than the fracture criteria based models. Different damage laws for cortical and trabecular bone are proposed based on experimental results to describe the inelastic damage accumulation under the excessive load. When the damage parameter reaches its critical value inside an element of the mesh, its stiffness matrix is set to zero leading to the redistribution of the stress state in the vicinity of the fractured zone (crack initiation). Once a crack is initiated, the propagation direction is simulated by the propagation of the broken elements of the mesh. To illustrate the potential of the proposed approach, the left femur of a male (age 61) previously investigated by Keyak and Falkinstein, 2003 (Model B: male, age 61) was simulated till complete fracture under one-legged stance quasi-static load. The proposed finite element model leads to more realistic and precise results concerning the shape of the force-displacement curve (yielding and fracturing) and the profile of the fractured edge.
The present study investigate the compressive stress, shear stress, tensile stress, vertical electrical displacement and horizontal electrical displacement induced due to a load moving with uniform velocity on the free rough surface of an irregular transversely isotropic functionally graded piezoelectric material (FGPM) substrate. The closed form expressions ofsaid induced stresses and electrical displacements for both electrically open condition and electrically short condition have been deduced. The influence of various affecting parameters viz. maximum depth of irregularity, irregularity factor, parameter of functionally gradedness, frictional coefficient of the rough upper surface, piezoelectricity/dielectricity on said induced stresses and electrical displacements have been examined through numerical computation and graphical illustration for both electrically open and short conditions. The comparative analysis on the influence of electrically open and short conditions as well as presence and absence of piezoelectricity on the induced stresses and induced electrical displacements due to a moving load serve as the salient features of the present study. Moreover, some important peculiarities have also been traced out by means of graphs.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.26
no.2
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pp.165-171
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2013
Due to the difficulty in considering dynamic load in the view point of a computer resource and computing time, it is common that external load is assumed as ideal static loads. However, structural analysis under static load cannot guarantee the safety of design of the structures under dynamic loadings. Recently, the systematic method to construct equivalent static load from the given dynamic load has been proposed. Previous study has calculated equivalent static load through the optimization procedure under displacement constraints. However, previously reported works to distribute equivalent static load were based on ad-hoc methods. Improper selection of equivalent static loading positions may results in unreliable prediction of structural design. The present study proposes the selection method of the proper locations of equivalent static loads to dynamically applied loads when we consider transient dynamic structural problems. Moreover, it is appropriate to take into account the stress constraint as well as displacement constraint condition for the safety design. But the previously reported studies of equivalent static load design methods considered only displacement constraint conditions but not stress constraint conditions. In the present study we consider not only displacement constraint but also stress constraint conditions. Through a few numerical examples, the efficiency and reliability of proposed scheme is verified by comparison of the equivalent stress between equivalent static loading and dynamic loading.
In order to investigate the influence of installation angle of reticulated root piles(RRP) on their lateral load capacities, model tests of lateral loads on RRP with various installation angles $0^{\circ}\;, 5^{\circ}\;, 10^{\circ}\;, 15^{\circ}\;, 20^{\circ}\;,and 25^{\circ}$ are carried out. One set of RRP consists of 12 piles which are installed in circular patterns forming two concentric circles, each of which has 6 piles. Each pile made of a steel bar of 5mm in diameter and 350mm in length, is coated with sand until the bar has the diameter of 6.5mm. According to the test results, RRP's response is travily influenced by the displacement level. At low displacement level(1m), lateral load capacity increases as the installation angle is increased. However, the value of the optimum installation angle decreases as the displacement level is increased. In fact, it is found to be $17.5^{\circ}$ at 6mm lateral displacement. The ratios of the lateral resistances for the optimum installation angles to those for the vertical RRP decrease as the lateral displacements are increased. Thus the effect of slant ins angle of RRP is expected to be reduced at higher level of lateral displacement.
Kim, Kyoung-Su;Kim, Da-Ae;Kim, Heung-Rae;Hyun, Eun-Tack
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.32
no.5
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pp.305-311
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2019
In this study, we examined the proper spacing between the expansion joints according to the temperature load of the inter-modal terminal platform infrastructure to implement a new inter-modal automated freight transport system, which we intend to introduce in Korea. To review the proper expansion joint spacing of the terminal platforms, we set the maximum expansion joint spacing according to the regional temperature changes using the equation proposed by the Federal Construction Council (FCC) of the United States. Then, the maximum displacement value, which was calculated through the structural analysis program, and the limit of the horizontal displacement of the building structure were compared. The proper expansion joint spacing was selected as the slab length at which the maximum displacement of the structure, due to temperature changes, was below the horizontal displacement limit. Based on the application of maximum expansion joint spacing for each region calculated through the FCC's suggestion, the maximum displacement that could occur within the limit of the lateral displacement of the structure was determined.
In this study, it is presented that a new developed approach for equivalent area-distributed loading (EADL) induced from a single concentrated force. For the purpose, a full scale 3D steel formwork system was constructed in laboratory conditions. A developed load transmission platform was put on the formwork system and loaded step by step on the mass center. After each load increment, displacement was measured in several crictical points of the system. The developed platform which was put in to slab of formwork to equivalently distribute the load from a point to the whole slab was constituted using I profiles. A 3D finite element model of the formwork system was analyzed to compare numerical displacement results with experimental ones. In experimental tests,difference among the displacements obtained from reference numerical model (model applied EADL) and main numerical model (model applied single load using a load cell via load transmission platform) is about %13 in avarage. Difference among the displacements obtained from experimental results and main numerical model under 30 kN single load is about %11 in avarage. The results revealed that the displacements obtained experimentally and numerically are dramatically closed to each other. It is highlighted from the study that the developed approach is reliable and useful to get EDL.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2008.03a
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pp.784-791
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2008
In this study, we recognized about application of the load distribution factor for design of tunnel in 3D numerical analysis. Generally, load distribution factor of tunnel is applied to describe 3D arching effect that can not describe when 2D numerical analysis. Through result of 3D numerical analysis, we used to apply in numerical analysis for the load distribution factor that ratio of finally displacement to displacement of construction step. But 3D numerical analysis need to apply to load distribution factor for convenience of numerical analysis. Therefore, we proposed load distribution factor that reduce time and coast. It corrected variable of advanced length in load distribution factor of 3D numerical analysis.
This study was carried out to obtain basic information on racking resistance of shear walls and the factors affecting racking resistance of shear walls. Shear walls constructed by larch lumber nominal 50 mm × 100 mm framing and various sheathing materials were tested by applying monotonic and cyclic load functions. Shear walls with various stud spacing such as 305 mm, 406 mm, and 610 mm were tested under both of monotonic and cyclic loads and shear walls with various aspect (height-width) ratios were tested under cyclic load functions. The effect of hold-down connectors in shear walls was also tested under cyclic load functions. Racking resistance of shear walls has very close linear relation with stud spacing and width of shear walls. The ultimate racking strength of shear walls was reached at around or before the displacement of 20 mm. It was proposed in this study that the minimum racking strength and minimum width for shear wall be 500 kgf and 900 mm, respectively. Load-displacement curves obtained by racking tests under monotonic load functions can be represented by three straight line segments. Under cyclic load functions, envelope curves can be divided into three sections that can be represented by straight lines and the third section showed almost constant or decreasing slope.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.11a
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pp.338.1-338
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2002
In this report, numerical investigations have demonstrated, that the displacement underneath a moving loading reach a maximum value, if the speed of the load is equal to propagation velocity of the maximum wave. The load speed for which the maximum displacement occurs is called critical speed. The critical speed divides the velocities in a subcritical and a super-critical region. By means of calculations the dynamic behaviour of the slab track-soil is investigated. (omitted)
The objective of this paper is to provide experimental data on the propagation of curved crack-surfaces and the respective load-displacement diagrams for the validation of numerical models for cracking of concrete, subjected to three-dimensional stress states. To this end beam-shaped specimens are subjected to combined bending and torsional loading, leading to the formation of a spatially curved crack-surface. The experimental data contain the evolution of the load and of the strains at selected points in terms of the crack mouth opening displacement and the propagation of the crack surface.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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