Jian-Tao Wang;Yue Wei;Juan Wang;Yu-Wei Li;Qing Sun
Steel and Composite Structures
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v.49
no.4
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pp.441-456
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2023
Aiming at the development trend of light weight and high strength of engineering structures, this paper experimentally investigated the seismic performance of circular-in-square high-strength concrete-filled double skin steel tubular (HCFDST) stub columns with out-of-code width-to-thickness (B/t) ratios. Typical failure mode of HCFDST stub columns appeared with the infill material crushing, steel fracture and local buckling of outer tubes as well as the inner buckling of inner tubes. Subsequently, the detailed analysis on hysteretic curves, skeleton curves and ductility, energy dissipation, stiffness degradation and lateral force reduction was conducted to reflect the influences of hollow ratios, axial compression ratios and infill types, e.g., increasing hollow ratio from 0.54 to 0.68 and 0.82 made a slight effect on bearing capacity compared to the ductility coefficients; the higher axial compression ratio (e.g., 0.3 versus 0.1) significantly reduced the average bearing capacity and ductility; the HCFDST column SCFST-6 filled with concrete obviously displayed the larger initial secant stiffness with a percentage 34.20% than the column SCFST-2 using engineered cementitious composite (ECC); increasing hollow ratios, axial compression ratios could accelerate the drop speed of stiffness degradation. The out-of-code HCFDST stub columns with reasonable design could behave favorable hysteretic performance. A theoretical model considering the tensile strength effect of ECC was thereafter established and verified to predict the moment-resisting capacity of HCFDST columns using ECC. The reported research on circular-in-square HCFDST stub columns can provide significant references to the structural application and design.
Daniel V.C. Teles;Rafael N. Cunha;Ricardo A. Picon;David L.N.F. Amorim;Yongtao Bai;Sergio P.B. Proenca;Julio Florez-Lopez
Structural Engineering and Mechanics
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v.88
no.5
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pp.451-462
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2023
Lumped Damage Mechanics (LDM) is a theory proposed in the late eighties, which assumes that structural collapse may be analyzed as a two-phase phenomenon. In the first (pre-localization) stage, energy dissipation is a continuous process and it may be modelled by means of the classic versions of the theory of plasticity or Continuum Damage Mechanics (CDM). The second, post-localization, phase can be modelled assuming that energy dissipation is lumped in zones of zero volume: inelastic hinges, hinge lines or localization surfaces. This paper proposes a new LDM formulation for cracking in concrete structures in tension. It also describes its numerical implementation in conventional finite element programs. The results of three numerical simulations of experimental tests reported in the literature are presented. They correspond to plain and fiber-reinforced concrete specimens. A fourth simulation describes also the experimental results of a new test using the digital image correlation technique. These numerical simulations are also compared with the ones obtained using conventional Cohesive Fracture Mechanics (CFM). It is then shown that LDM conserves the advantages of both, CDM and CFM, while overcoming their drawbacks.
Seung-Jun Yeo;Hae-Reum Shin;Woo-Seung Noh;Man-Tae Kim
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.26
no.6_3
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pp.1297-1303
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2023
Research on enhancing the mechanical strength, lightweight properties, electrical conductivity, and thermal conductivity of composite materials by incorporating nano-materials is actively underway. Thermoplastic resins can change their form under heat, making them highly processable and recyclable. In this study, Polyamide-Nylon 6 (PA6), a thermoplastic resin, was utilized, and as reinforcing agents, fused carbon nano-materials (FCN) formed by structurally combining Carbon Nanotube(CNT) and Graphene were employed. Nano-materials often face challenges related to cohesion and dispersion. To address this issue, Silane functional groups were introduced to enhance the dispersion of FCN in PA6. The manufacturing conditions for the composite materials involved determining the use of a dispersant and varying FCN content at 0.05 wt%, 0.1 wt%, and 0.2 wt%. Tensile strength measurements were conducted, and FE-SEM analysis was performed on fracture surfaces. As a result of the tensile strength test, it was confirmed that compared to pure PA6, the strength of the polymer composite with a content of 0.05 wt% was improved by about 60%, for 0.1 wt%, about 65%, and for 0.2 wt%, the strength was improved by 50%. Also, when compared according to the content of FCN, the best strength value was shown when 0.1 wt% was added. The elastic modulus also showed an improvement of about 15% in the case of surface treatment compared to the case without surface treatment, and an improvement of about 70% compared to pure PA6. Through FE-SEM, it was confirmed that the matrix material and silane-modified nanomaterial improved the dispersibility and bonding strength of the interface, helping to support the load evenly and enabling effective stress transfer.
As the number of hydrogen filling stations for hydrogen supply increases with the progress of low-carbon eco-friendly energy policies, the risk of accidents is also increasing. Actual pressure vessels may have defects such as notches, pores, and inclusions that may occur during the manufacturing process. Therefore, it is necessary to evaluate the integrity of pressure vessels in the case where cracks exist in pressure vessels under internal pressure. In this paper, 3D finite element analysis was used to evaluate the structural safety of hydrogen-filled pressure vessels with surface cracks, and the shape of surface cracks was compared with the commonly used semi-elliptical shape. In the future, these results will be used to predict the remaining life of the pressure vessel in consideration of fracture mechanics.
Background: Open reduction and internal fixation (ORIF) with a locking plate is a popular surgical treatment for proximal humeral fractures (PHF). This study aimed to assess the occurrence of complications in elderly patients with PHF treated surgically using ORIF with a locking plate and to investigate the potential differences between patients treated by shoulder surgeons and non-shoulder surgeons. Methods: A retrospective study was conducted using a single-center database to identify patients aged ≥70 years who underwent ORIF for PHF between January 1, 2011, and December 31, 2021. Data on the Neer classification, follow-up, occurrence of avascular necrosis of the humeral head, implant failure, and revision surgery were also collected. Statistical analyses were performed to calculate the overall frequency of complications according to the Neer classification. Results: The rates of implant failure, avascular osteonecrosis, and revision surgery were 15.7%, 4.8%, and 15.7%, respectively. Complications were more common in patients with Neer three- and four-part fractures. Although the difference between surgeries performed by shoulder surgeons and non-shoulder surgeons did not reach statistical significance, the rate of complications and the need for revision surgery were nearly two-fold higher in the latter group. Conclusions: PHF are highly prevalent in the elderly population. However, the ORIF surgical approach, as demonstrated in this study, is associated with a considerable rate of complications. Surgeries performed by non-shoulder surgeons had a higher rate of complications and a more frequent need for revision surgery. Future studies comparing surgical treatments and their respective complication rates are crucial to determine the optimal therapeutic options. Level of evidence: III.
Sang Hyup Lee;Hye Jin Yoo;Seung-Man Yu;Sung Hwan Hong;Ja-Young Choi;Hee Dong Chae
Korean Journal of Radiology
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v.20
no.1
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pp.126-133
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2019
Objective: To compare the lumbar vertebral bone marrow fat-signal fractions obtained from six-echo modified Dixon sequence (6-echo m-Dixon) with those from single-voxel magnetic resonance spectroscopy (MRS) in patients with low back pain. Materials and Methods: Vertebral bone marrow fat-signal fractions were quantified by 6-echo m-Dixon (repetition time [TR] = 7.2 ms, echo time (TE) = 1.21 ms, echo spacing = 1.1 ms, total imaging time = 50 seconds) and single-voxel MRS measurements in 25 targets (23 normal bone marrows, two focal lesions) from 24 patients. The point-resolved spectroscopy sequence was used for localized single-voxel MRS (TR = 3000 ms, TE = 35 ms, total scan time = 1 minute 42 seconds). A 2 × 2 × 1.5 cm3 voxel was placed within the normal L2 or L3 vertebral body, or other lesions including a compression fracture or metastasis. The bone marrow fat spectrum was characterized on the basis of the magnitude of measurable fat peaks and a priori knowledge of the chemical structure of triglycerides. The imaging-based fat-signal fraction results were then compared to the MRS-based results. Results: There was a strong correlation between m-Dixon and MRS-based fat-signal fractions (slope = 0.86, R2 = 0.88, p < 0.001). In Bland-Altman analysis, 92.0% (23/25) of the data points were within the limits of agreement. Bland-Altman plots revealed a slight but systematic error in the m-Dixon based fat-signal fraction, which showed a prevailing overestimation of small fat-signal fractions (< 20%) and underestimation of high fat-signal fractions (> 20%). Conclusion: Given its excellent agreement with single-voxel-MRS, 6-echo m-Dixon can be used for visual and quantitative evaluation of vertebral bone marrow fat in daily practice.
Jae-Young Beom;WengKong Low;Kyung-Soon Park;Taek-Rim Yoon;Chan Young Lee;Hyeongmin Song
Hip & pelvis
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v.35
no.4
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pp.268-276
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2023
Purpose: Resection remains the most reliable treatment for established heterotopic ossification, despite questions regarding its effectiveness due to the potential for complications. This study evaluated the clinical outcomes and complications of neurogenic heterotopic ossification (NHO) resection in stroke patients' ankylosed hips. Materials and Methods: We retrospectively analyzed nine hip NHO resections performed on seven patients from 2010 to 2018. The pre- and postoperative range of motion of the operated hip were compared. Analysis of postoperative complications, including infection, recurrence, iatrogenic fracture, and neurovascular injury was performed. Results: The mean operative time was 132.78±21.08 minutes, with a mean hemoglobin drop of 3.06±0.82 g/dL within the first postoperative week. The mean duration of postoperative follow-up was 52.08±28.72 months for all patients. Postoperative range of motion showed improvement from preoperative. Flexion and external rotation (mean, 58.89±30.60° and 16.67±18.03°, respectively) showed the greatest gain of motion of the operated hip joint. Postoperative infections resolved in two cases through surgical debridement, and one case required conversion to total hip arthroplasty due to instability. There were no recurrences, iatrogenic fractures, or neurovascular injuries. Conclusion: Resection is a beneficial intervention for restoring the functional range of motion of the hip in order to improve the quality of life for patients with NHO and neurological disorders. We recommend performance of a minimal resection to achieve a targeted functional arc of motion in order to minimize the risk of postoperative complications.
With the increasing global interest in carbon neutrality, the automotive industry is also transitioning to the production of eco-friendly cars, specifically electric vehicles. In order to achieve comparable driving distances to internal combustion engine vehicles, the application of high-capacity battery packs has led to an increase in vehicle weight. To achieve light-weighting and durability requirements of automotive components simultaneously, there is a demand for research on the application of Ultra-High Strength Steel (UHSS). However, when manufacturing chassis components using UHSS, there are challenges related to fracture defects due to lower elongation compared to regular steel sheets, as well as spring-back issues caused by high tensile strength. In this study, a simulated specimen that is not affected by the property changes of four materials was designed to improve formability of the rear cross member, which is the most challenging automotive chassis component. The influence and correlation of material-specific variables were analyzed through finite element analysis (FEA) for each material with tensile strength of 440, 590, 780, and 980 MPa grades, resulting in the development of a predictive equation. To validate the equation, the simulated specimens of 980 MPa grade were produced from the test molds. Then the reliability of the FEA and predictive equation was verified with measured specimen data using a 3D scanner. The results of this study can be proposed to improve the formability of UHSS chassis components in future researches.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.11
no.1
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pp.181-192
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2007
The purpose of this study is to analyse and compare experimentally flexural behavior of RC beams strengthened with CFRP plates by different methods, and finally suggest the evaluation equations of flexural capacity of RC beams with the aim of application of prestressed CFRP strengthening. The experimental parameters are compressive strength, reinforcement ratio, prestressing level and strengthening methods. The non-prestressed specimens failed on account of separation of the plates from the beams due to premature de-bonding, while most of the prestressed specimens failed due to CFRP plate fracture. The evaluation equations of flexural capacity of RC beams is suggested and these equations have a good reliability in predicting flexural strength of RC beams.
Grouted sleeve splice (GSS) is an effective type of connection applied in the precast concrete structures as it has the advantages of rapidly assembly and reliable strength. To decrease the weight and cost of vertical rebar connection in precast shear walls, a light-weight sleeve is designed according to the thick-cylinder theory. Mechanical behaviour of the light-weighted GSS is investigated through experimental analysis. Two failure modes, such as rebar fracture failure and rebar pull-out failure, are found. The load-displacement curves exhibit four different stages: elastic stage, yield stage, strengthening stage, and necking stage. The bond strength between the rebar and the grout increases gradually from outer position to inner position of the sleeve, and it reaches the maximum value at the centre of the anchorage length. A finite element model predicting the mechanical properties of the light-weighted GSS is developed based on the Concrete Damage Plasticity (CDP) model and the Brittle Cracking (BC) model. The effect of the rebar anchorage length is significant, while the increase of the thickness of sleeve and the grout strength are not very effective. A model for estimating ultimate load, including factors of inner diameter of sleeves, anchorage length, and rebar diameter, is proposed. The proposed model shows good agreement with various test data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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