Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.20
no.11
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pp.520-526
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2019
I-type girders are widely applied as very economical sections in plate girder bridges. There has been research on developing composite laminated panels, curved plates reinforced with closed-end ribs, and new forms of ribs and compression flanges for steel box girders. However, there is a limitation in analyzing the exact cause of local buckling caused by an I-type girder's webs. Therefore, an I-type girder's web was modeled using the finite element analysis program LUSAS 17.0 before and after reinforcement. We checked for the minimum thickness criteria presented in the Korea highway bridge design code, and the cause of buckling after performing a linear elastic buckling analysis of dead and live loads was analyzed. Before reinforcement, an eigenvalue (λ1) at the 1st mode was 0.7025, the critical buckling load was smaller than the applied load, and there is a buckling. After reinforcement, when applying vertical and horizontal stiffeners to the web part of the girder at support, a Nodal line was formed, the eigenvalue was 1.5272, and buckling stability was secured. To improve buckling trace of the girder at the support, an additional plate was applied to the web at the support to ensure visual and structural safety, but buckling occurs at center of web. The eigenvalue (λ1) was 3.5299, and this method is efficient for reinforcing the web of the support.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.10
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pp.24-30
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2018
As the demand for underground space increases, many researchers have been studying the load reduction method using high compressible materials to solve for the stability problem of the overhead load and for the increase of the earth pressure which decreases the function of the underground structure. This paper determines the optimum soft zone and the effect of the using EPS Geofoam as a load reduction material to arch structures. A finite element analysis program, ABAQUS, is used to analyze the soil-structure interaction and the behavior of buried arch structures considering different four EPS Geofoam forms to confirm the most conservative shape. The optimum cross-sectional shape was determined by comparing the results of earth pressure reduction rate in accordance with the change of span-rise ratio and span length of the arch structure. It was confirmed that the earth pressure generated in the arch structure using the optimal soft zone selected by the numerical analysis was reduced by an average of 78%. In this study, the effect of EPS Geofoam on soil pressure reduction and its applicability to underground arch structures will provide an economical and conservative way to design underground structures and will help to increase the usability of deep underground space.
A connection composed of a circular hollow structural section (HSS) has complicated details, and exhibits a very complex local deformation when it reaches the yield stress. Given these circumstances, proposing a simple design equation considering local deformation is difficult. The design equations of the Korea Building Code (KBC 2009) for HSS joints are simple and are very similar to those of the AISC. These design equations limit the maximum yield stress up to 360MPa and yield ratio (yield strength/tensile strength) up to 0.8. This means that the material with yield strength exceeding 360MPa could be used after verification based on the test or rational analysis for the similar connection. This paper introduces an experimental program and finite element analysis (FEA) for the circular hollow section (CHS) with a transverse gusset plate made of high-strength steel (HSB600) or structural steel (SS400) when the joints are subjected to lateral force. Comparison of the design equations with the results of FEA and test may be used for the modification of the design equations.
Hwang, Dong A;Hwang, Won Sup;Ham, Jun Su;Jeong, Jin Il
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.28
no.2
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pp.121-128
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2016
In order to suggest a reasonable design for the circular concrete filled tube steel column-foundation connection applying high-tension bolts, Overall structural behavior and characteristics according to various variables of column-foundation connection are numerically analyzed using a commercial FE analysis program, ABAQUS. To that goal, finite element analysis is conducted on the basis of the previous study replacing anchor bolts to high-tension bolts, and the analytical results are validated by comparison with experimental results. Also, the various variables(embedded depth and grade of anchor, and height and thickness of rib) involved in behavior of the column-foundation connection are selected through analyzing the current design criteria, and the characteristics of the column-foundation connection are compared and analyzed according to the various variables. In case of the anchor bolts, Applying the high-tension bolts is more advantage and securing the embedded depth beyond 0.5D is recommendable. In case of the rib, a minimum of 0.5D for rib's height and $0.4t_b$ for rib's thickness should be secured to develop the structural performance.
Kim, Sang-Woo;Jeong, Chan-Yu;Jung, Chang-Kyo;Kim, Kil-Hee
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.24
no.2
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pp.157-164
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2012
This study evaluates the shear performance of reinforced concrete beams with recycled coarse aggregates. A total of six specimens with various replacement ratios of recycled coarse aggregates (0%, 50%, and 100%) and different amount of shear reinforcement were cast and tested in this study. A finite element analysis was performed to predict the shear behavior of the specimens with natural or recycled coarse aggregates. The FE analysis was performed using a two-dimensional nonlinear FE analysis program based on the disturbed stress field model (DSFM), which is an extension of the modified compression field theory (MCFT). Experimental results showed that the specimens with 50% and 100% replacement ratios of recycled coarse aggregates had the similar shear strength compared to the specimen with natural aggregates, regardless of the replacement ratios of recycled coarse aggregates and the amount of the shear reinforcement. Furthermore, the comparison between experimental and analytical results showed that the proposed numerical modeling methods and the analytical model, DSFM, can be successfully used to predict the shear behavior of reinforced concrete beams with recycled coarse aggregates.
Gravel compaction pile (GCP) is widely used as it increases the bearing capacity of soft ground and reduces the consolidation settlement. Stress concentration ratio for design is dependent on the area replacement, surcharge pressure, depth and penetration rate. However, a range of stress concentration ratio obtained through field, laboratory experiments and numerical analysis is large. But since the main objective of the study is to evaluate the stress concentration ratio and settlement for both area replacement ratio and penetration rate through numerical analysis. Numerical analysis using the finite element program ABAQUS 6.12-4 has been performed for the composite ground with GCP. As a result, the stress concentration ratio at the points except for the point of top is in the range of 1.21-5.36, 1.19-5.45, 2.16-5.60 for 60%, 80% and 100% penetration, respectively. In general, as the penetration rate and area replacement ratio increases, the stress concentration ratio tends to increase.
In this study, CFRP was manufactured with the laminate angle of $45^{\circ}$. The specimen of TDCB bonded with the adhesive for structure was designed by CATIA and the analysis was progressed by using the finite element analysis program of ANSYS. This study model was designed on the basis of British industry and ISO standard and the configuration factor(m) was established with variable according to the angle of model configuration. As the study result of this paper, the maximum deformations at the specimens with the tapered angles of $4^{\circ}$ and $8^{\circ}$ become most as 12.628 mm and least as 12.352mm respectively. Also, the maximum equivalent stresses at the specimens with the tapered angles of $6^{\circ}$ and $8^{\circ}$ become most as 9210.3 MPa and least as 4800.5 MPa respectively. The damage data of TDCB structure with the laminate angle which was manufactured with CFRP could be secured through this study result. As the damage data of TDCB structure bonded with CFRP obtained on the basis of this study result are utilized, the esthetic sense can be shown by being grafted onto the machine or structure at real life.
Journal of Korea Society of Industrial Information Systems
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v.24
no.2
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pp.33-40
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2019
Many companies have tried to develop wind power generators with a larger capacity, smaller size and lighter weight. High temperature superconducting (HTS) generators are more suitable for wind power systems because they can reduce volume and weight compared with conventional generators. However, the HTS generator has problems such as huge vacuum vessel and the difficulty of repairing the HTS field coils. These problems can be overcome through the modularization of the HTS field coil. The HTS module coil require a current leads (CLs) for deliver DC current, which causes a large heat transfer load. Therefore, CLs should be designed optimally for reducing the conduction and Joule heat loads. This paper deals with a structural design and thermal analysis of a module coil for a 750 kW-class HTS generator. The conduction and radiation heat loads of the module coils were analysed using a 3D finite element method program. As a result, the total thermal load was less than the cooling capacity of the cryo-cooler. The design results can be effectively utilized to develop a superconducting generator for wind power generation systems.
Kim, Min-Ho;Yeo, In-Sung;Kim, Sung-Hun;Han, Jung-Seok;Lee, Jai-Bong;Yang, Jae-Ho
The Journal of Korean Academy of Prosthodontics
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v.49
no.2
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pp.168-176
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2011
Purpose: This study aims at investigating the influence of various insertion torques on thermal changes of bone. A proper insertion torque is derived based on the thermal analysis with two different implant designs. Materials and methods: For implant materials, bovine scapula bone of 15 - 20 mm thickness was cut into 35 mm by 40 - 50 mm pieces. Of these, the pieces having 2 - 3 mm thickness cortical bone were used as samples. Then, the half of the sample was immersed in a bath of $36.5^{\circ}C$ and the other half was exposed to ambient temperature of $25^{\circ}C$, so that the inner and surface temperatures reached $36.5^{\circ}C$ and $28^{\circ}C$, respectively. Two types of implants ($4.5{\times}10\;mm$ Br${\aa}$nemark type, $4.8{\times}10\;mm$ Microthread type) were inserted into bovine scapula bone and the temperature was measured by a thermocouple at 0.2 mm from the measuring point. Finite element method (FEM) was used to analyze the thermal changes at contacting surface assuming that the sample is a cube of $4\;cm{\times}4\;cm{\times}2\;cm$ and a layer up to 2 mm from the top is cortical bone and below is a cancellous bone. Boundary conditions were set on the basis of the shape of cavity after implants. SolidWorks was used as a CAD program with the help of Abaqus 6.9-1. Results: In the in-vitro experiment, the Microhead type implant gives a higher maximum temperature than that of the Br${\aa}$nemark type, which is attributed to high frictional heat that is associated with the implant shape. In both types, an Eriksson threshold was observed at torques of 50 Ncm (Br${\aa}$nemark) and 35 Ncm (Microthread type), respectively. Based on these findings, the Microthread type implant is more affected by insertion torques. Conclusion: This study demonstrate that a proper choice of insertion torque is important when using a specific type of implant. In particular, for the Microthread type implant, possible bone damage may be expected as a result of frictional heat, which compensates for initial high success rate of fixation. Therefore, the insertion torque should be adjusted for each implant design. Furthermore, the operation skills should be carefully chosen for each implant type and insertion torque.
Huang, Shuling;Pei, Qitao;Ding, Xiuli;Zhang, Yuting;Liu, Dengxue;He, Jun;Bian, Kang
Geomechanics and Engineering
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v.23
no.2
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pp.151-163
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2020
Grouting method is an effective way of reinforcing cracked rock masses and plugging water gushing. Current grouting diffusion models are generally developed for horizontal cracks, which is contradictory to the fact that the crack generally occurs in rock masses with irregular spatial distribution characteristics in real underground environments. To solve this problem, this study selected a cement-sodium silicate slurry (C-S slurry) generally used in engineering as a fast-curing grouting material and regarded the C-S slurry as a Bingham fluid with time-varying viscosity for analysis. Based on the theory of fluid mechanics, and by simultaneously considering the deadweight of slurry and characteristics of non-uniform spatial distribution of viscosity of fast-curing grouts, a theoretical model of slurry diffusion in an oblique crack in rock masses at constant grouting rate was established. Moreover, the viscosity and pressure distribution equations in the slurry diffusion zone were deduced, thus quantifying the relationship between grouting pressure, grouting time, and slurry diffusion distance. On this basis, by using a 3-d finite element program in multi-field coupled software Comsol, the numerical simulation results were compared with theoretical calculation values, further verifying the effectiveness of the theoretical model. In addition, through the analysis of two engineering case studies, the theoretical calculations and measured slurry diffusion radius were compared, to evaluate the application effects of the model in engineering practice. Finally, by using the established theoretical model, the influence of cracking in rock masses on the diffusion characteristics of slurry was analysed. The results demonstrate that the inclination angle of the crack in rock masses and azimuth angle of slurry diffusion affect slurry diffusion characteristics. More attention should be paid to the actual grouting process. The results can provide references for determining grouting parameters of fast-curing grouts in engineering practice.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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