Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.1
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pp.67-75
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2013
The flow stress of zircaloy-4 used in the spacer grid supporting a nuclear fuel rod was determined by the Johnson-Cook model, and model parameters were determined using reverse engineering. Parameters such as A, B, n and $\dot{\varepsilon}_0$ were determined by the tensile test result. To obtain the parameters C and m, a slot milling test and numerical simulation were performed. The objective functions were defined as the difference between the experimental and the simulation results, and then, the parameters were determined by minimizing the objective function. To verify the validity of the determined parameters, cross-verification for each case was conducted through a shearing test and simulation. The results tend to show agreement with the experimental results, such as the features of sheared edges and maximum punch force, with the correlation coefficients exceeding at least 0.97.
Recently, application of CSG is increasing in various design construction projects. At the initial stage of cementation CSG materials show the same mechanical characteristics as soil, however, as the cementation process develops, CSG materials gradually reveal material characteristics of concrete. The hardened CSG manifests elastic behavior such as maximum strength at small strain range and rapid brittle failure. In this research, PVA fiber stiffeners were used in order to: (1) reduce such brittle behavioral characteristics; (2) improve the relatively weak tension performance of CSG materials. The binding strength between the bed materials and fiber prevents rapid brittle failure and increases tensional strength of fiber reinforced CSG materials.Test results show that fiber reinforcement alone could induce the stress-strain characteristics of CSG materials from brittle failure to ductile failure and also increase the residual strength.
In order to obtain high bearing capacity and good ductility simultaneously, a structural column with hybrid normal and high strength steel (HNHSS) welded box section has been developed. Residual stress is an important factor that can influence the behaviour of a structural member in steel structures. Accordingly, the magnitudes and distributions of residual stresses in HNHSS welded box sections were investigated experimentally using the sectioning method. In this study, the following four box sections were tested: one normal strength steel (NSS) section, one high strength steel (HSS) section, and two HNHSS sections. Based on the experimental data from previous studies and the test results of this study, the effects of the width-to-thickness ratio of plate, yield strength of plate, and the plate thickness of the residual stresses of welded box sections were investigated in detail. A unified residual stress model for NSS, HSS and HNHSS welded box sections was proposed, and the corresponding simplified prediction equations for the maximum tensile residual stress ratio (${\sigma}_{rt}/f_y$) and average compressive residual stress ratio (${\sigma}_{rc}/f_y$) in the model were quantitatively established. The predicted magnitudes and distributions of residual stresses for four tested sections in this study by using the proposed residual stress model were compared with the experimental results, and the feasibility of this proposed model was shown to be in good agreement.
The experimentally determined mechanical behavior of the material under the prescribed service conditions is the basis of advanced engineering optimum design. To allow experimental data on the behavior of the material considered, uniaxial stress tests were made. The aforementioned tests have enabled the determination of mechanical properties of material at different temperatures, then, the material's resistance to creep at various temperatures and stress levels, and finally, insight into the uniaxial high cyclic fatigue of the material under different applied stresses for prescribed stress ratio. Based on fatigue tests, using modified staircase method, fatigue limit was determined. All these data contributes the reliability of the use of material in mechanical structures. Data representing mechanical properties are shown in the form of engineering stress-strain diagrams; creep behavior is displayed in the form of creep curves while fatigue of the material is presented in the form of S-N (maximum applied stress versus number of the cycles to failure) curve. Material under consideration was 18CrNi8 (1.5920) steel. Ultimate tensile strength and yield strength at room temperature and at temperature of $600^{\circ}C$: [${\sigma}_{m,20/600}=(613/156)MPa$; ${\sigma}_{0.2,20/600}=(458/141)MPa$], as well as endurance (fatigue) limit at room temperature and stress ratio of R = -1 : (${\sigma}_{f,20,R=-1}=285.1MPa$).
The CIIR blends, which is use for shoes outsole, with SSBR, XNBR and KBR were prepared with various mixing ratio. The viscoelastic properties of these blends, such as tensile modulus, rebound resilience, storage modulus, tan${\delta}$, and creep properties were measured. In the rebound resilience measurement, KBR showed the highest value, which means the lowest energy absorption to stress. As SSBR, XNBR and KBR blends with CIIR, the rebound resilience of the mixtures showed tendency to increase in arithmetic average. In the creep measurement, CIIR showed the highest visconse strain to stress, SSBR and KBR showed lower visconse strain. Maximum tan${\delta}$ peak of CIIR, SSBR and XNBR appeared at $-30^{\circ}C$, $5^{\circ}C$ and $0^{\circ}C$ respectively.
This paper presents an investigation on bearing capacity, load-settlement behavior and safety factor of rock-soil slopes reinforced using geogrid-box method (GBM). To this end, small-scale laboratory studies were carried out to study the load-settlement response of a circular footing resting on unreinforced and reinforced rock-soil slopes. Several parameters including unit weight of rock-soil materials (loose- and dense-packing modes), slope height, location of footing relative to the slope crest, and geogrid tensile strength were studied. A series of finite element analysis were conducted using ABAQUS software to predict the bearing capacity behavior of slopes. Limit equilibrium and finite element analysis were also performed using commercially available software SLIDE and ABAQUS, respectively to calculate the safety factor. It was found that stabilization of rock-soil slopes using GBM significantly improves the bearing capacity and settlement behavior of slopes. It was established that, the displacement contours in the dense-packing mode distribute in a broader and deeper area as compared with the loose-packing mode, which results in higher ultimate bearing load. Moreover, it was found that in the loose-packing mode an increase in the vertical pressure load is accompanied with an increase in the soil settlement, while in the dense-packing mode the load-settlement curves show a pronounced peak. Comparison of bearing capacity ratios for the dense- and loose-packing modes demonstrated that the maximum benefit of GBM is achieved for rock-soil slopes in loose-packing mode. It was also found that by increasing the slope height, both the initial stiffness and the bearing load decreases. The results indicated a significant increase in the ultimate bearing load as the distance of the footing to the slope crest increases. For all the cases, a good agreement between the laboratory and numerical results was observed.
In this work, ultrasonic vibration (UV) and rheo-squeeze casting was first applied on the Mg alloy reinforced with long period stacking ordered (LPSO) structure. The semisolid slurry of Mg-Zn-Y alloy was prepared by UV and processed by rheosqueeze casting in succession. The effects of UV, Zr addition and squeeze pressure on microstructure of semisolid Mg-Zn-Y alloy were studied. The results revealed that the synergic effect of UV and Zr addition generated a finer microstructure than either one alone when preparing the slurries. Rheo-squeeze casting could significantly refine the LPSO structure and ${\alpha}-Mg$ matrix in $Mg_{96.9}Zn_1Y_2Zr_{0.1}$ alloy without changing the phase compositions or the type of LPSO structure. When the squeeze pressure increased from 0 to 400 MPa, the block LPSO structure was completely eliminated and the average thickness of LPSO structure decreased from 9.8 to $4.3{\mu}m$. Under 400 MPa squeeze pressure, the tensile strength and elongation of the rheocast $Mg_{96.9}Zn_1Y_2Zr_{0.1}$ alloy reached the maximum values, which were 234 MPa and 17.6%, respectively, due to its fine ${\alpha}-Mg$ matrix (${\alpha}1-Mg$ and ${\alpha}2-Mg$ grains) and LPSO structure.
Cho, Heuy Nam;Choi, Sung Ouk;Park, Jong Oh;Bae, Sei Dal;Lee, Byung Yong;Choi, Sang Il
Journal of Soil and Groundwater Environment
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v.24
no.1
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pp.35-42
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2019
In installation of groundwater wells, grouting materials are injected between the groundwater borehole and the inner casing in order to prevent infiltration of contaminated groundwater from the top soil layers into wells. The injection device of grouting materials is commonly composed of an inlet head device with an expansion packer, a cylinder capable of storing the grouting materials, and an air cylinder. In this work, two types of common grouting materials, silicon and cement materials, were tested for their performances as grouting media. For silicon. silicon was mixed with clay or calcite, and tested for their tensile strength and underwater reactivity. Both silicon-clay and silicon-calcite mixtures had adequate flow and adhesiveness. For cement material, general cement, ultra-rapid harding cement, and natural cement were respectively mixed with three different soil types including coarse-grained granite, fine-grained granite, and gneiss, and direct shearing tests were conducted after hardening. Under grouting depth condition of 30 m, the minimum adhesive strength was greater for weathered gneiss than non-weathered gneiss with its maximum values obtained from the mixtures of ultra rapid-harding cement.
Park, Sung-Ju;Lee, Kangsu;Cerik, Burak Can;Choung, Joonmo
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.33
no.3
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pp.259-271
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2019
It is important to obtain reasonable predictions of the extent of the damage during maritime accidents such as ship collisions and groundings. Many fracture models based on different mechanical backgrounds have been proposed and can be used to estimate the extent of damage involving ductile fracture. The goal of this study was to compare the damage extents provided by some selected fracture models. Instead of performing a new series of material constant calibration tests, the fracture test results for the ship building steel EH36 obtained by Park et al. (2019) were used which included specimens with different geometries such as central hole, pure shear, and notched tensile specimens. The test results were compared with seven ductile fracture surfaces: Johnson-Cook, Cockcroft-Latham-Oh, Bai-Wierzbicki, Modified Mohr-Coulomb, Lou-Huh, Maximum shear stress, and Hosford-Coulomb. The linear damage accumulation law was applied to consider the effect of the loading path on each fracture surface. The Swift-Voce combined constitutive model was used to accurately define the flow stress in a large strain region. The reliability of these simulations was verified by the good agreement between the axial tension force elongation relations captured from the tests and simulations without fracture assignment. The material constants corresponding to each fracture surface were calibrated using an optimization technique with the minimized object function of the residual sum of errors between the simulated and predicted stress triaxiality and load angle parameter values to fracture initiation. The reliabilities of the calibrated material constants of B-W, MMC, L-H, and HC were the best, whereas there was a high residual sum of errors in the case of the MMS, C-L-O, and J-C models. The most accurate fracture predictions for the fracture specimens were made by the B-W, MMC, L-H, and HC models.
Safety measures for tower cranes are extremely important among the seismic countermeasures at high-rise building construction sites. In particular, the collapse of a tower crane from a high position is a very serious catastrophe. An example of such an accident due to an earthquake is the case of the Taipei 101 Building (the author was the project director), which occurred on March 31, 2002. Failure of the bolted joints of the tower-crane mast was the direct cause of the collapse. Therefore, it is necessary to design for this eventuality and to take the necessary measures on construction sites. This can only be done by understanding the precise dynamic behavior of mast joints during an earthquake. Consequently, we created a new hybrid-element model (using beam, shell, and solid elements) that not only expressed the detailed behavior of the site joints of a tower-crane mast during an earthquake but also suppressed any increase in the total calculation time and revealed its behavior through computer simulations. Using the proposed structural model and simulation method, effective information for designing safe joints during earthquakes can be provided by considering workability (control of the bolt pretension axial force and other factors) and less construction cost. Notably, this analysis showed that the joint behavior of the initial pretension axial force of a bolt is considerably reduced after the axial force of the bolt exceeds the yield strength. A maximum decrease of 50% in the initial pretension axial force under the El Centro N-S Wave ($v_{max}=100cm/s$) was observed. Furthermore, this method can be applied to analyze the seismic responses of general temporary structures in construction sites.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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