International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.10
no.3
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pp.393-402
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2018
While interacting with a sloping structure, an ice floe may fracture in different patterns. For example, it can be local bending failure or global splitting failure depending on the contact properties, geometry and confinement of the ice floe. Modelling these different fracture patterns as a natural outcome of numerical simulations is rather challenging. This is mainly because the effects of crack propagation, crack branching, multi fracturing modes and eventual fragmentation within a solid material are still questions to be answered by the on-going research in the Computational Mechanic community. In order to simulate the fracturing of ice floes with arbitrary geometries and confinement; and also to simulate the fracturing events at such a large scale yet with sufficient efficiency, we propose a semi-analytical/empirical and semi-numerical approach; but with focus on the global splitting failure mode in this paper. The simulation method is validated against data we collected during the Oden Arctic Technology Research Cruise 2015 (OATRC2015). The data include: 1) camera images based on which we specify the exact geometry of ice floes before and after an impact and fracturing event; 2) IMU data based on which the global dynamic force encountered by the icebreaker is extracted for the impact event. It was found that this method presents reasonably accurate results and realistic fracturing patterns upon given ice floes.
Performance-based reliability analysis is a practical approach to investigate the seismic performance and stochastic nonlinear response of structures considering a random process. This is significant due to the uncertainties involved in every aspect of the analysis. Therefore, the present study aims to evaluate the performance-based reliability within a stochastic finite element (FE) framework for reinforced concrete (RC) shear walls that are considered as one of the most essential elements of structures. To accomplish this purpose, deterministic FE analyses are conducted for both squat and slender shear walls to validate numerical models through experimental results. The presented numerical analysis is performed by using the ABAQUS FE program. Afterwards, a random-effects investigation is carried out to consider the influence of different random variables on the lateral load-top displacement behavior of RC members. Using these results and through utilizing the Monte-Carlo simulation method, stochastic nonlinear analyses are also performed to generate random FE models based on input parameters and their probabilistic distributions. In order to evaluate the reliability of RC walls, failure probabilities and corresponding reliability indices are calculated at life safety and collapse prevention levels of performance as suggested by FEMA 356. Moreover, based on reliability indices, capacity reduction factors are determined subjected to shear for all specimens that are designed according to the ACI 318 Building Code. Obtained results show that the lateral load and the compressive strength of concrete have the highest effects on load-displacement responses compared to those of other random variables. It is also found that the probability of shear failure for the squat wall is slightly lower than that for slender walls. This implies that 𝛽 values are higher in a non-ductile mode of failure. Besides, the reliability of both squat and slender shear walls does not change significantly in the case of varying capacity reduction factors.
Yin, Da W.;Chen, Shao J.;Chen, Bing;Liu, Xing Q.;Ma, Hong F.
Geomechanics and Engineering
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v.15
no.5
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pp.1113-1124
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2018
Geological dynamic hazards during deep coal mining are caused by the failure of a composite system consisting of the rock and coal layers, whereas the joint in coal affects the stability of the composite system. In this paper, the compression test simulations for the rock-coal combined body with single joint in coal were conducted using $PFC^{2D}$ software and especially the effects of joint length and joint angle on strength and failure characteristics in a rock-coal combined body were analyzed. The joint length and joint angle exhibit a deterioration effect on the strength and affect the failure modes. The deterioration effect of joint length of L on the strength can be neglected with a tiny variation at ${\alpha}$ of $0^{\circ}$ or $90^{\circ}$ between the loading direction and joint direction. While, the deterioration effect of L on strength are relatively large at ${\alpha}$ between $30^{\circ}$ and $60^{\circ}$. And the peak stress and peak strain decrease with the increase of L. Additionally, the deterioration effect of ${\alpha}$ on the strength becomes larger with the increase of L. With the increase of ${\alpha}$, the peak stress and peak strain first decrease and then increase, presenting "V-shaped" curves. And the peak stress and peak strain at ${\alpha}$ of $45^{\circ}$ are the smallest. Moreover, the failure mainly occurs within the coal and no apparent failure is observed for rock. At ${\alpha}$ between $30^{\circ}$ and $60^{\circ}$, the secondary shear cracks generated in or close to the joint tips, cause the structural instability failure of the combined body. Therefore, their failure models present as a shear failure along partial joint plane direction and partially cutting across the coal body or a shear failure along the joint plane direction. However, at ${\alpha}$ of $60^{\circ}$ and L of 10 mm, the "V-shaped" shear cracks cutting across the coal body cause its final failure. While crack nucleations at ${\alpha}$ of $0^{\circ}$ or $90^{\circ}$ are randomly distributed in the coal, the failure mode shows a V-shaped shear failure cutting across the coal body.
The objective of this research is to observe the actual response of a low-rise nonseismic moment-resisting masonry-infilled reinforced concrete frame subjected to varied levels of earthquake ground motions. The reduction scale for the model was determined as 1 : 5 considering the capacity of the shaking table to be used. This model was, then, subjected to the shaking table motions simulating Taft N2IE component earthquake ground motion, whose peak ground acceleration(PGA) was modified to 0.12g, 0.2g, 0.3g, and 0.4g. The g1oba1 behavior and failure mode were observed. The lateral accelerations and displacements at each story and local deformations at the critical portions of the structure were measured. Before and after each earthquake simulation test, free vibration tests and white noise tests were performed to find the changes in the natural period of the model. When the results of the masonry-infilled frame are compared with those of the bare frame, it can be recognized that masonry infills contribute to the large increase in the stiffness and strength of the g1oba1 structure whereas it also accompanies the increase of earthquake inertia forces. However, it is judged that masonry infills may be beneficial to the performance of the structure since the rate of increase in strength appears to be greater than that of the induced earthquake inertia forces.
The randomness and incipient nature of certain faults in reactor systems warrant a robust and dynamic detection mechanism. Existing models and methods for fault diagnosis using different mathematical/statistical inferences lack incipient and novel faults detection capability. To this end, we propose a fault diagnosis method that utilizes the flexibility of data-driven Support Vector Machine (SVM) for component-level fault diagnosis. The technique integrates separately-built, separately-trained, specialized SVM modules capable of component-level fault diagnosis into a coherent intelligent system, with each SVM module monitoring sub-units of the reactor coolant system. To evaluate the model, marginal faults selected from the failure mode and effect analysis (FMEA) are simulated in the steam generator and pressure boundary of the Chinese CNP300 PWR (Qinshan I NPP) reactor coolant system, using a best-estimate thermal-hydraulic code, RELAP5/SCDAP Mod4.0. Multiclass SVM model is trained with component level parameters that represent the steady state and selected faults in the components. For optimization purposes, we considered and compared the performances of different multiclass models in MATLAB, using different coding matrices, as well as different kernel functions on the representative data derived from the simulation of Qinshan I NPP. An optimum predictive model - the Error Correcting Output Code (ECOC) with TenaryComplete coding matrix - was obtained from experiments, and utilized to diagnose the incipient faults. Some of the important diagnostic results and heuristic model evaluation methods are presented in this paper.
Yanmin Yang;Ying Xiong;Peng Wang;Xiangkun Meng;Tianyuan Cai
Earthquakes and Structures
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v.25
no.2
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pp.113-123
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2023
A novel type of buckling restrained brace with built-up angle steel was developed. The core segment was formed by welding angle steel, and the middle section was reduced by cutting technology to solve the problem that the end of BRB was easy to buckle. The experimental program has been undertaken to study the performance of BRBs with different unbonded materials (silica gel, kraft paper) and different filler materials (ordinary concrete, full light-weight concrete). Four specimens were designed and fabricated for low cycle reciprocating load tests to simulate horizontal seismic action. The failure mode, hysteretic curves, tension-compression unbalance coefficient and other mechanical parameters were compared and analyzed. The finite element software ABAQUS was used to conduct numerical simulation, and the simulation results were compared with the experimental phenomena. The test results indicated that the hysteretic curve of each specimen was plump. Sustaining cumulative strains of each specimen was greater than the minimum value of 200 required by the code, which indicated the ductility of BRB was relatively good. The energy dissipation coefficient of the specimen with silica gel as unbonded material was about 13% higher than that with kraft paper. The experimental results were in good agreement with the simulation results.
Sarhosis, V.;Asteris, P.G.;Mohebkhah, A.;Xiao, J.;Wang, T.
Structural Engineering and Mechanics
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v.60
no.4
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pp.633-653
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2016
One of the major threats to the stability of classical columns and colonnades are earthquakes. The behavior of columns under high seismic excitation loads is non-linear and complex since rocking, wobbling and sliding failure modes can occur. Therefore, three dimensional simulation approaches are essential to investigate the in-plane and out-of-plane response of such structures during harmonic and seismic loading excitations. Using a software based on the Distinct Element Method (DEM) of analysis, a three dimensional numerical study has been performed to investigate the parameters affecting the seismic behaviour of colonnades' structural systems. A typical section of the two-storey colonnade of the Forum in Pompeii has been modelled and studied parametrically, in order to identify the main factors affecting the stability and to improve our understanding of the earthquake behaviour of such structures. The model is then used to compare the results between 2D and 3D simulations emphasizing the different response for the selected earthquake records. From the results analysis, it was found that the high-frequency motion requires large base acceleration amplitude to lead to the collapse of the colonnade in a shear-slip mode between the drums. However, low-frequency harmonic excitations are more prominent to cause structural collapse of the two-storey colonnade than the high-frequency ones with predominant rocking failure mode. Finally, the 2D analysis found to be unconservative since underestimates the displacement demands of the colonnade system when compared with the 3D analysis.
Cheung, Jin Hwan;Kim, In Tae;Choi, Seock Jin;Choi, Hyung Suk;Kim, Hee Sung
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.24
no.6
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pp.647-657
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2012
Although nuclear power plant piping system is designed conforming to design specifications, the piping systems are deteriorated with increase in service life. In this study, monotonic and cyclic loading tests were carried out on TP316 stainless steel pipe specimens, and the effect of local wall thinning and cracking on failure behavior was investigated. In the tests, 0%, 35% and 75% wall thinning and cracking of initial thickness were artificially introduced to inside elbow and straight pipe specimens, and internal pressures of 20MPa were applied to simulate real operation condition. From the test results, the effect of local wall thinning and cracking on failure mode, ultimate load, number of cycle and strain energy was presented, and maximum bending moment was compared with allowable bending moment calculated by ASME code.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.8
no.2
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pp.102-114
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2004
The present work has been developed the interpretation processor including the behavior of material failure and the separation phenomena under transient dynamic loading (the operation of explosive bolt) using AUTODYN V4.3, SoildWork 2003 and TrueGrid V2.1 programs. It has been demonstrated that the interpretation in ridge-cut explosive bolt under dynamic loading condition should be necessary to the appropriate failure model and the basic stress of bolt failure is the principal stress. The use of this interpretation processor developing the present work could be extensively helped to design the shape and the amount of explosives in the explosive bolt having a complex geometry. It is also proved that the interpretation processor approach is an accurate and effective analysis technique to evaluate the separation mechanism in explosive bolts.
In this study, the behavior of unpropped diaphragm walls on decomposed granite soil was investigated through centrifugal and numerical modelling. Centrifuge model tests were performed by changing the interval distance of surcharge. Excavation was simulated during the centrifuge tests by operating a solenoid valve that allowed the zinc chloride solution to drain from the excavation. In these tests, ground deformation, wall displacement and bending moment induced by excavation were measured. FLAC program which can be able to apply far most geotechnical problems was used in the numerical analysis. In numerical simulation, Mohr-Coulomb model fur the ground model, an elastic model for diaphragm wall were used for two dimensional plane strain condition. From the results of model tests, failure surface was straight line type, the ground of retained side inside failure line had downward displacement to the direction of the wall, and finally the failure was made by the rotation of the wall. The angle of failure line was about 67 ∼ 74$^{\circ}$, greater than calculated value. The locations of the maximum ground settlement obtained from model tests and analysis results are in good agreements. The displacement of wall and the change of the embedment depth is likely to have linear relationship.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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