The stability of surrounding rock will be poor when the tunnel is excavated through nearly horizontal stratum. In this paper, the instability mechanism of local nearly horizontal stratum in super-large section and deep buried tunnel is revealed by the analysis of the macro failure and micro fracture. A structural model is proposed to explain the mechanics of surrounding rock collapse under the action of stress redistribution and shed light on the macroscopic analytical approach of the stability of surrounding rock. Then, some highly effective formulas applied in the tunnel engineering are developed according to the theory of mixed-mode micro fracture. And well-documented field case is made to demonstrate the effectiveness and accuracy of the proposed analytical methods of mixed-mode fracture. Meanwhile, in order to make the more accurate judgment about yield failure of rock mass, a series of comprehensive failure criteria are formed. In addition, the relationship between the nonlinear failure criterion and $K_I$ and $K_{II}$ of micro fracture is established to make the surrounding rock failure criterion more comprehensive and accurate. Further, the influence of the parameters related to the tension-shear mixed-mode fracture and compression-shear mixed-mode fracture on the propagation of rock crack is analyzed. Results show that ${\sigma}_3$ changes linearly with the change of ${\sigma}_1$. And the change rate is related to ${\beta}$, angle between the cracks and ${\sigma}_1$. The proposed simple analytical approach is economical and efficient, and suitable for the analysis of local nearly horizontal stratum in super-large section and deep buried tunnel.
In this paper, the effect of homogenization models on stress analysis is presented for functionally graded plates (FGMs). The derivation of the effective elastic proprieties of the FGMs, which are a combination of both ceramic and metallic phase materials, is of most of importance. The majority of studies in the last decade, the Voigt homogenization model explored to derive the effective elastic proprieties of FGMs at macroscopic-scale in order to study their mechanical responses. In this work, various homogenization models were used to derive the effective elastic proprieties of FGMs. The effect of these models on the stress analysis have also been presented and discussed through a comparative study. So as to show this effect, a refined plate theory is formulated and evaluated, the number of unknowns and governing equations were reduced by dividing the transverse displacement into both bending and shear parts. Based on sinusoidal variation of displacement field trough the thickness, the shear stresses on top and bottom surfaces of plate were vanished and the shear correction factor was avoided. Governing equations of equilibrium were derived from the principle of virtual displacements. Analytical solutions of the stress analysis were obtained for simply supported FGM plates. The obtained results of the displacements and stresses were compared with those predicted by other plate theories available in the literature. This study demonstrates the sensitivity of the obtained results to different homogenization models and that the results generated may vary considerably from one theory to another. Finally, this study offers benchmark results for the multi-scale analysis of functionally graded plates.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.19
no.6
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pp.54-63
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2015
We present a microscopic understanding of the chemical erosion due to combustion product on the nozzle throat using molecular dynamics simulations. The present erosion process consists of molecule-addition step and equilibrium step. First, either $CO_2$ or $H_2O$ are introduced into the system with high velocity to provoke the collision with graphite surface. Then, the equilibrium simulation is followed. The collision-included dissociation and its influence on the erosion is emphasized and the present molecular observations are compared with the macroscopic chemical reaction model.
This basic study is required to examine spray or jet behavior depending on fuel phase. In this study, analyses of diesel fuel(n-Tridecane, $C_{13}H_{28}$) spray and natural gas fuel(Methane, $CH_4$) jet under high temperature and pressure are performed by a general-purpose program, ANSYS CFX release 11.0, and the results of these are compared with experimental results of diesel fuel spray using the exciplex fluorescence method. The simulation results of diesel spray is analyzed by using the combination of Large-Eddy Simulation(LES) and Lagrangian Particle Tracking(LPT) and of a natural gas jet is analyzed by using Multi-Component Model(MCM). There are two study variables considered, that is, ambient pressure and injection pressure. In a macroscopic analysis, the higher ambient pressure is, the shorter spray or jet tip penetration is at each time after start of injection. And the higher injection pressure is, the longer spray or jet tip penetration is at each time after start of injection. When liquid fuel is injected, droplets of the fuel need some time to evaporate. However, when natural gas fuel is injected, the fuel does not need time to evaporate. Gas fuel consists of minute particles. Therefore, the gas fuel is mixed with the ambient gas more quickly at the initial time of injection than the liquid fuel is done. The experimental results also validate the usefulness of this analysis.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2005.04a
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pp.51-54
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2005
Shape memory alloys (SMAs) find many applications in smart composite structural systems as the active components. Their ability to provide a high force and large displacement makes them an excellent candidate for an actuator for controlling the shape of smart structures. In this paper, using a macroscopic model that captures the thermo-mechanical behaviors and the two-way shape memory effect (TWSME) of SMAs smart morphing polymeric composite shell structures like shape-changeable UAV wings is demonstrated and analyzed numerically and experimentally when subjected to various kinds of pressure loads. The controllable shapes of the morphing shells to that thin SMA strip actuator are attached are investigated depending on various phase transformation temperatures. SMA strips start to transform from the martensitic into the austenitic state upon actuation through resistive heating, simultaneously recover the prestrain, and thus cause the shell structures to deform three dimensionally. The behaviors of composite shells attached with SMA strip actuators are analyzed using the finite element methods and 3-D constitutive equations of SMAs. Several morphing composite shell structures are fabricated and their experimental shape changes depending on temperatures are compared to the numerical results. That two results show good correlations indicates the finite element analysis and 3-D constitutive equations are accurate enough to utilize them for the design of smart composite shell structures for various applications.
Choi, Hyun Nam;Han, Yea Sik;Kim, Sin Rak;Kim, Han Kyeol;Kim, Hyun;Park, Jin Hyung
Archives of Plastic Surgery
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v.41
no.6
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pp.647-653
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2014
Background Administration of growth factors has been associated with increased viability of composite grafts greater than 1-cm in diameter. Platelet-rich plasma (PRP) contains many of the growth factors studied. In this study, we evaluate the effect of PRP injection on composite graft viability and the proper time for injection. Methods A total of 24 New Zealand White rabbits were divided into four groups. Autologous PRP was injected into the recipient sites three days before grafting in group 1, on the day of grafting in group 2, and three days after grafting in group 3. Group 4 served as control without PRP administration. Auricular composite grafts of 3-cm diameter were harvested and grafted back into place after being rotated 180 degrees. Median graft viability and microvessel density were evaluated at day 21 of graft via macroscopic photographs and immunofluorescent staining, respectively. Results The median graft survival rate was 97.8% in group 1, 69.2% in group 2, 55.7% in group 3, and 40.8% in the control group. The median vessel counts were 34 (per ${\times}200$ HPF) in group 1, 24.5 in group 2, 19.5 in group 3, and 10.5 in the control group. Conclusions This study demonstrates that PRP administration is associated with increased composite graft viability. All experimental groups showed a significantly higher survival rate and microvessel density, compared with the control group. Pre-administration of PRP was followed by the highest graft survival rate and revascularization. PRP treatments are minimally invasive, fast, easily applicable, and inexpensive, and offer a potential clinical pathway to larger composite grafts.
Our ability to predict hydration behavior is becoming increasingly relevant to the concrete community as modelers begin to link material performance to the dynamics of material properties and chemistry. At early ages, the properties of concrete are changing rapidly due to chemical transformations that affect mechanical, thermal and transport responses of the composite. At later ages, the resulting, nano-, micro-, meso- and macroscopic structure generated by hydration will control the life-cycle performance of the material in the field. Ultimately, creep, shrinkage, chemical and physical durability, and all manner of mechanical response are linked to hydration. As a way to enable the modeling community to better understand hydration, a review of hydration models is presented offering insights into their mathematical origins and relationships one-to-the-other. The quest for a universal model begins in the 1920's and continues to the present, and is marked by a number of critical milestones. Unfortunately, the origins and physical interpretation of many of the most commonly used models have been lost in their overuse and the trail of citations that vaguely lead to the original manuscripts. To help restore some organization, models were sorted into four categories based primarily on their mathematical and theoretical basis: (1) mass continuity-based, (2) nucleation-based, (3) particle ensembles, and (4) complex multi-physical and simulation environments. This review provides a concise catalogue of models and in most cases enough detail to derive their mathematical form. Furthermore, classes of models are unified by linking them to their theoretical origins, thereby making their derivations and physical interpretations more transparent. Models are also used to fit experimental data so that their characteristics and ability to predict hydration calorimetry curves can be compared. A sort of evolutionary tree showing the progression of models is given along with some insights into the nature of future work yet needed to develop the next generation of cement hydration models.
The dependence of the catalytic properties of horseradish peroxidase on the structural changes of ionic liquids was investigated with two water-miscible ionic liquids, N-butyl-3methypyridinium tetraftuoroborate ([$BMP_y$][$BF_4$]) and 1-butyl-3-methylimidazolium methylsulfate ([BMIM][$MeSO_4$]), each of which shares an anion ($BF_4^-$) or a cation ($BMIM^+$) with 1-butyl-3-methylimidazolium tetraftuoroborate ([BMIM][$BF_4$]), respectively. The oxidation of guaiacol (2-methoxyphenol) with $H_2O_2$was used as a model reaction. In order to minimize the effect of solution viscosity on the kinetic constants of the enzymatic catalysis, the enzymatic reactions for the kinetic study were performed in water-ionic liquid mixtures containing 25% (v/v) ionic liquid at maximum. Similarly to the previously reported results for [BMIM][$BF_4$], as the concentration of [$BMP_y$][$BF_4$] increased, the $K_m$value increased with a decrease in the $k_{cat}$value: the $K_m$value increased markedly from 2.8 mM in 100% water to 12.6 mM in 25% (v/v) ionic liquid, indicating that ionic liquid significantly weakens the binding affinity of guaiacol to the enzyme. On the contrary, [BMIM][$MeSO_4$] decreased the Km value to 1.4 mM in 25% (v/v) ionic liquid. [BMIM][$MeSO_4$] also decreased $k_{cat}$more than 3-folds [from 13.8 $s^{-1}$in 100% water to 4.1 $s^{-1}$in 25% (v/v) ionic liquid]. These results indicate that the ionic liquids interact with the enzyme at the molecular level as well as at a macroscopic thermodynamic scale. Specifically, the anionic component of the ionic liquids influenced the catalysis of horseradish peroxidase in different ways.
Automatic wood species identification systems have enabled fast and accurate identification of wood species outside of specialized laboratories with well-trained experts on wood species identification. Conventional automatic wood species identification systems consist of two major parts: a feature extractor and a classifier. Feature extractors require hand-engineering to obtain optimal features to quantify the content of an image. A Convolutional Neural Network (CNN), which is one of the Deep Learning methods, trained for wood species can extract intrinsic feature representations and classify them correctly. It usually outperforms classifiers built on top of extracted features with a hand-tuning process. We developed an automatic wood species identification system utilizing CNN models such as LeNet, MiniVGGNet, and their variants. A smartphone camera was used for obtaining macroscopic images of rough sawn surfaces from cross sections of woods. Five Korean softwood species (cedar, cypress, Korean pine, Korean red pine, and larch) were under classification by the CNN models. The highest and most stable CNN model was LeNet3 that is two additional layers added to the original LeNet architecture. The accuracy of species identification by LeNet3 architecture for the five Korean softwood species was 99.3%. The result showed the automatic wood species identification system is sufficiently fast and accurate as well as small to be deployed to a mobile device such as a smartphone.
International Journal of Industrial Entomology and Biomaterials
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v.35
no.1
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pp.14-21
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2017
Gastric ulcer is a clinical symptom characterized by inflammation of the gastric mucosa. Stress and alcohol consumption have been identified as the major cause of gastric ulcer. However, the effects of silkworms on ethanol-induced gastric ulcer have not been studied yet. The mature silkworms that are difficult to eat have become easier to ingest due to recent technological development to make steaming and freeze-drying mature silkworm larval powder (SMSP). In this study, we investigated whether three silkworm varieties, Baekokjam, Golden-silk and Yeonnokjam could alleviate ethanol-induced gastric mucosal damage in vivo. Sprague-Dawley rats pretreated with 3 SMSPs (0.1 or 1 g/kg BW) or normal diet (AIN-76A) were exposed to absolute ethanol (3 g/kg BW, 3 h) by oral gavage. Morphological examination included ulcer index as a measurement of hemorrhages and hematoxylin and eosin staining was performed to analyze the severity of gastric ulcer. Results of macroscopic examination suggested that all 3 SMSPs pretreatment significantly protected gastric mucosa against ethanol-induced damage. Microscopic observations demonstrated significant mucosal erosion and inflammation in ethanol-treated rats, which was abrogated in rats pretreated with 3 SMSPs. In addition, pretreatment with all 3 SMSPs showed significant decreases the expression of pro-inflammatory mediators, IL-6 and cyclooxygenase-2. Among SMSP from 3 varieties of silkworm, preadministration of 1 g/kg Baekokjam SMSP showed the most effective protective effect against ethanol-induced gastric ulcer. These results suggest that Baekokjam SMSP can be a potential gastroprotective agent against ethanol-induced gastric ulcer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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