Many transmission towers, high-rise buildings and bridges are constructed near steep slopes and are supported by large-diameter piles. These structures may be subjected to large lateral loads, such as violent winds and earthquakes. Widely used types of foundations for these structures are pier foundations, which have large-diameters with high stiffness. The behavior of a pier foundation subjected to lateral loads is similar to that of a short rigid pile because both elements seem to fail by rotation developing passive resistance on opposite faces above and below the rotation point, unlike the behavior of a long flexible pile. This paper describes the results of several numerical studies performed with a three-dimensional finite element method (FEM) of model tests of a laterally loaded short pile located near slopes, respectively. In this paper, the results of model tests of single piles and pile groups subjected to lateral loading, in homogeneous sand with 30$^{\circ}$ slopes and horizontal ground were analyzed by the 3-D FE analyses. The pile was assumed to be linearly elastic. The sand was assumed to have non-associative characteristics, following the MC-DP model. The failure criterion is governed by the Mohr-Coulomb equation and the plastic potential is given by the Drucker-Prager equation. The main purpose of this paper is the validation of the 3-D elasto-plastic FEM by comparisons with the experimental data.
Park, Chan-Hee;Kim, Taehyun;Park, Eui-Seob;Jung, Yong-Bok;Bang, Eun-Seok
Tunnel and Underground Space
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v.30
no.6
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pp.509-518
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2020
This study constructed a new simulation platform, including mesh generation process, numerical simulation, and post-processing for results analysis based on exploration data to perform real-scale numerical analysis considering the actual geological structure efficiently. To build the simulation platform, we applied for open-source programs. The source code is open to be available for code modification according to the researcher's needs and compatibility with various numerical simulation programs. First, a three-dimensional model(3D) is acquired based on the exploration data obtained using a drone. Then, the domain's mesh density was adjusted to an interpretable level using Blender, the free and open-source 3D creation suite. The next step is to create a 3D numerical model by creating a tetrahedral volume mesh inside the domain using Gmsh, a finite element mesh generation program. To use the mesh information obtained through Gmsh in a numerical simulation program, a converting process to conform to the program's mesh creation protocol is required. We applied a Python code for the procedure. After we completed the stability analysis, we have created various visualization of the study using ParaView, another open-source visualization and data analysis program. We successfully performed a preliminary stability analysis on the full-scale Dokdo model based on drone-acquired data to confirm the usefulness of the proposed platform. The proposed simulation platform in this study can be of various analysis processes in future research.
Research was conducted on a PA material-based composite material manufacturing method for application to engine mount brackets. Engine mount brackets must have heat resistance, impact resistance, and damping performance. PA66 resin was used as the base material for the composite material. The glass fiber was used as the reinforcement material. The composite material was manufactured using the injection molding method. The thermal, mechanical, and morphological characteristics were analyzed depending on the content of glass fiber. 3D model was created using the property evaluation database of composite materials(input data). The damping performance of the generated 3D model was extracted as out-put data. The reason for evaluating the characteristics of PA-based composite materials and conducting simulations on the damping performance of 3D models of engine brackets is because product performance can be predicted without manufacturing actual automobile parts and conducting damping performance tests. As a result of the damping simulation, damping performance tended to increase proportionally as the mass fraction of the reinforcement increased. But above a certain level, it no longer increased and slightly decreased. As a result of comparing the actual experimental values a nd the simulated values, the approximate value was within ±5%.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.31
no.3
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pp.24-37
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2024
Due to the thin nature of semiconductor packages, even minor thermal loads can cause significant warpage, impacting product reliability through issues like delamination or cracking. The mold curing process, which encloses the package to protect the semiconductor chip, is particularly challenging to predict due to the complex thermal, chemical, and mechanical interactions. This study proposes a cost-effective machine learning model to predict warpage in the mold curing process. We developed methods to characterize the curing degree based on time and temperature and quantify the material's mechanical properties accordingly. A Finite Element Method (FEM) simulation model was created by integrating these properties into ABAQUS UMAT to predict warpage for various design factors. Additionally, a Warpage formula was developed to estimate local warpage based on the package's stacking structure. This formula combines bending theory with thermo-chemical-mechanical properties and was validated through FEM simulation results. The study presents a method to construct a machine learning model for warpage prediction using this formula and proposes a cost-effective approach for building a training dataset by analyzing input variables and design factors. This methodology achieves over 98% prediction accuracy and reduces simulation time by 96.5%.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.8
no.6
s.40
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pp.55-66
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2004
Recently, many high-rise apartment buildings using the box system, composed of only reinforced concrete walls and slabs, have been constructed. In residential buildings such as apartments, vibrations occur from various sources and these vibrations transfer to neighboring residential units through walls and slabs. It is necessary to use a refined finite element model for an accurate vibration analysis of shear wall building structures. But it would take significant amount of computational time and memory if the entire building structure were subdivided into a finer mesh. Therefore, an efficient analytical method, which has only translational DOFs perpendicular to walls or slabs by the matrix condensation technique, is proposed in this study to obtain accurate results in significantly reduced computational time. If all of the DOFs except those perpendicular to walls or slabs in the shear wall structure eliminated using the matrix condensation technique at a time, the computational time for the matrix condensation would be significant. Thus, the modeling technique using super elements and substructuring technique is proposed to reduce the computational time for the matrix condensation. Dynamic analysis of 3-story and 5-story shear wall example structures were performed to verify the efficiency and accuracy of the proposed method. It was confirmed that the proposed method can provide the results with outstanding accuracy requiring significantly reduced computational time and memory.
This is an explicit-Implicit, finite element analysis for linear as well as nonlinear hygrothermal stress problems. Additional features, such as moisture diffusion equation, crack element and virtual crack extension(VCE ) method for evaluating J-integral are implemented in this program. The Linear Elastic Fracture Mechanics(LEFM) Theory is employed to estimate the crack driving force under the transient condition for and existing crack. Pores in materials are assumed to be saturated with moisture in the liquid form at the room temperature, which may vaporize as the temperature increases. The vaporization effects on the crack driving force are also studied. The Ideal gas equation is employed to estimate the thermodynamic pressure due to vaporization at each time step after solving basic nodal values. A set of field equations governing the time dependent response of porous media are derived from balance laws based on the mixture theory Darcy's law Is assumed for the fluid flow through the porous media. Perzyna's viscoplastic model incorporating the Von-Mises yield criterion are implemented. The Green-Naghdi stress rate is used for the invariant of stress tensor under superposed rigid body motion. Isotropic elements are used for the spatial discretization and an iterative scheme based on the full newton-Raphson method is used for solving the nonlinear governing equations.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.25
no.4
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pp.468-475
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2019
An end-line flame arrester allows free venting in combination with flame protection for vertical vent applications. End-line flame arresters are employed in various fields, especially in shipping. In flame arresters, springs are essential parts because the spring load and the spring's elasticity determine the hood opening moment. In addition, the spring has to work under a high-temperature condition because of the burning gas flame. Therefore, it is necessary to analyze the mechanical load and elasticity of the spring when the flame starts to appear. Based on simulations of the working process of a specific end-line flame arrester, a thermal and structural analysis of the spring is performed. A three-dimensional model of a burned spring is built using computational fluid dynamics (CFD) simulation. Results of the CFD analysis are input into a finite element method simulation to analyze the spring structure. The research team focused on three cases of spring loads: 43, 93, and 56 kg, correspondingly, at 150 mm of spring deflection. Consequently, the spring load was reduced by 10 kg after 5 min under a $1,000^{\circ}C$ heat condition. The simulation results can be used to predict and estimate the spring's load and elasticity at the burning time variation. Moreover, the obtained outcome can provide the industry with references to optimize the design of the spring as well as that of the flame arrester.
Kim, Kun-Soo;Park, Ki-Tae;Kim, Byeong Cheol;Kim, Jaehwan;Jung, Kyu-San
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.24
no.5
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pp.9-16
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2020
A CFRP sheet has been applied as a structural reinforcement in the field, and various studies are conducted to evaluate the effect of CFRP sheets on reinforced concrete. Although many experiments were performed from previous studies, there are still limitations to analyze structural behaviors with various parameters in experiments directly. This study shows the FEA on structural behaviors of RC beams reinforced with CFRP sheets using ABAQUS software. To simulate debonding failure of CFRP sheets which is a major failure mode of RC beam with CFRP sheets, a cohesive element was applied between the bottom surface of RC beam and CFRP sheets. Both quasi-static method and 2-D symmetric FE model technique were performed to solve nonlinear problems. Results obtained from the FE models show good agreements with experimental results. It was found that reinforcement level of CFRP sheets is closely related to structural behavior of reinforced concrete including maximum strength, initial stiffness and deflection at failure. Also, as over-reinforcement of CFRP sheets could give rise to the brittle failure of RCstructure using CFRP sheets, an appropriate measure should be required when installing CFRP sheets in the structure.
In the prediction of response of a pile in soil, numerical approaches such as a finite element method are generally applied due to complicate nonlinear behaviors of soils. However, the numerical methods based on the finite elements require heavy efforts in pile and soil modelling and also take long computing time. So their usage is limited especially in the early design stage in which principal dimensions and properties are not specified and tend to vary. On the contrary, theoretical approaches adopting linear approximations for soils are relatively simple and easy to model and take short computing time. Therefore, if they are validated to be reliable, they would be applicable in predicting responses of a pile in soil, particularly in early design stage. In case of wind turbines regarded in this study, it is required to assess their natural frequencies in early stages, and in this simulation the supporting pile inserted in soil could be replaced with a simplified elastic boundary condition at the bottom end of the wind turbine tower. To do this, analysis for a pile in soil is performed in this study to extract the spring constants at the top end of the pile. The pile in soil can be modelled as a beam on elastic spring by assuming that the soils deform within an elastic range. In this study, it is attempted to predict pile deformations and influence factors for lateral loads by means of the beam-on-spring model. As two example supporting structures for wind turbines, mono pile and suction pile models with different diameters are examined by evaluating their influence factors and validated by comparing them with those reported in literature. In addition, the deflection profiles along the depth and spring constants at the top end of the piles are compared to assess their supporting features.
Purpose: This study was to investigate how the crestal module design could affect the level of marginal bone stress around dental implant. Materials and methods: A submerged implant of 4.1 mm in diameter and 10 mm in length was selected as baseline model (Dentis Co., Daegu,Korea).A total of 5 experimental implants of different crestal modules were designed (Type I model : with microthread at the cervical 3 mm, Type II model : the same thread pattern as Type I but with a trans-gingival module, Type III model: the same thread pattern as the control model but with a trans-gingival module, Type IV model: one piece system with concave transgingival part, Type V model: equipped with beveled platform). Stress analysis was conducted with the use of axisy mmetric finite element modeling scheme. A force of 100 N was applied at 30 degrees from the implant axis. Results: Stress analysis has shown no stress concentration around the marginal bone for the control model. As compared to the control model, the stress levels of 0.2 mm areas away from the recorded implant were slightly lower in Type I and Type IV models, but higher in Type II, Type III and Type V models. As compared to 15.09 MPa around for the control model, the stress levels were 14.78 MPa, 18.39 MPa, 21.11 MPa, 14.63 MPa, 17.88 MPa in the cases of Type I, II, III, IV and V models. Conclusion: From these results, the conclusion was drawn that the microthread and the concavity with either crestal or trans-gingival modules maybe used in standard size dental implants to reduce marginal bone stress.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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