Seismic damages that occurred by the effects of epicenter distance of the earthquake are one of the most important problems for the earthquake engineering. In this study, it is aimed to examine the nonlinear seismic behaviors of concrete gravity (CG) dams considering various epicenter distances. For this purpose, Boyabat CG dam that is one of the biggest concrete gravity dams in Turkey is selected as a numerical application. FLAC3D software based on finite difference method is used for modelling and analyzing of the dam. Drucker-Prager nonlinear material model is used for the concrete body and Mohr-Coulomb nonlinear material model is taken into account for the foundation. Special interface elements are used between dam body and foundation to represent interaction condition. Free-field and quiet non-reflecting boundary conditions are utilized for the main surfaces of 3D model. Total 5 various epicenter distances of 1989 Loma Prieta earthquake are considered in 3D earthquake analyses and these distances are 5 km, 11 km, 24 km, 85 km and 93 km, respectively. According to 3D seismic results, x-y-z displacements, principal stresses and shear strain failures of the dam are evaluated in detail. It is clearly seen from this study that the nonlinear seismic behaviors of the CG dams change depending to epicenter distance of the earthquake. Thus, it is clearly recommended in this study that when a CG dam is modelled or analyzed, distance of the earthquake fault to the dam should be strongly examined in detail. Otherwise, earthquake damages can be occurred in the concrete dam body by the effects of seismic loads.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.22
no.6
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pp.527-532
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2009
In this paper simulations for the impact into ceramics and/or metal materials have been discussed. To model discrete nature for fracture and damage of brittle materials, we implemented cohesive-law fracture model with a node separation algorithm for the tensile failure and Mohr-Coulomb model for the compressive loading. The drawback of this scheme is that it requires a heavy computational time. This is because new nodes are generated continuously whenever a new crack surface is created. In order to reduce the amount of calculation, parallelization with MPI library has been implemented. For the high-speed impact problems, the mesh configuration and contact calculation changes continuously as time step advances and it causes unbalance of computational load of each processor. Dynamic load balancing technique which re-allocates the loading dynamically is used to achieve good parallel performance. Some impact problems have been simulated and the parallel performance and accuracy of the solutions are discussed.
The soil-structure relative stiffness is a key factor affecting the seismic response of underground structures. It is of great significance to study the soil-structure relative stiffness for the soil-structure interaction and the seismic disaster reduction of subway stations. In this paper, the dynamic shear modulus ratio and damping ratio of an inhomogeneous soft soil site under different buried depths which were obtained by a one-dimensional equivalent linearization site response analysis were used as the input parameters in a 2D finite element model. A visco-elasto-plastic constitutive model based on the Mohr-Coulomb shear failure criterion combined with stiffness degradation was used to describe the plastic behavior of soil. The damage plasticity model was used to simulate the plastic behavior of concrete. The horizontal and vertical relative stiffness ratios of soil and structure were defined to study the influence of relative stiffness on the seismic response of subway stations in inhomogeneous soft soil. It is found that the compression damage to the middle columns of a subway station with a higher relative stiffness ratio is more serious while the tensile damage is slighter under the same earthquake motion. The relative stiffness has a significant influence on ground surface deformation, ground acceleration, and station structure deformation. However, the effect of the relative stiffness on the deformation of the bottom slab of the subway station is small. The research results can provide a reference for seismic fortification of subway stations in the soft soil area.
In this paper, it was compared the characteristics of the stress and settlement that occur from a track on the ground using a model test and has quantitatively analyzed the difference based on stress path and effect of the rotation of principal stress. Under identical roadbed conditions, the settlement generated by moving wheel loads were found to be 6 times and 3 times larger than that from static loads and cyclic loads, respectively. The deviator stress affecting shear deformation and the length of stress path generated by moving loads were twofold or greater increase than those by static loads. Furthermore, the stress path generated by moving loads was approached more closely to Mohr-Coulomb failure criteria compared to that by static loads. Also, it was found that ballasted track was occurred about 60% of maximum stress at $40^{\circ}$ of the rotation angle of principal stress and was affected with rotation of principal stress with moving wheel loading condition.
Kim, Kyung Il;Yeom, Kyu Jung;Oh, Kyu Hwan;Kim, Woo Sik
Journal of the Korean Institute of Gas
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v.19
no.5
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pp.47-53
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2015
According to the interest of the arctic's resources rising, many countries are making moves to develop these resources. Korea has also undergone negotiations with Russia to develop natural gas resources in Siberia, which is geographically relatively close. However, the Arctic resources market is dominate, it is essential to develop construction techniques that are suited for the Arctic. Gas pipelines in the Arctic are affected by frost heave due to the region's extremely low temperatures, a condition that is not present in Korea, making it vital to develop a finite element method (FEM) model. This research paper study a model of gas pipe lines in the Arctic and frost heave using FEM.
Ryu, S.H.;Jung, S.H.;Jeong, H.Y.;Kim, K.I.;Cho, G.S.;Noh, W.
Transactions of Materials Processing
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v.31
no.6
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pp.376-383
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2022
The potential damage region of a WC-Co cemented carbide die is investigated for cold forging process of a wheel-nut by numerical simulation with its chemical composition considered. Numerical simulation is utilized to calculate internal stress, especially for the WC-Co die, during the forging process. Finite element model is established, in which the elasto-plastic properties are applied to the work-piece of bulk steel, and elastic properties are considered for the lower die insert of the WC-Co alloy. This stress analysis enables to distinguish the potential damage regions of the WC-Co die. The regions from calculation are comparatively analyzed along with the crack area observed in the die after repetitive manufacturing. Effect of chemical composition of the WC-Co is also evaluated on characteristics of potential damage region of the die with variance of mechanical properties considered. Derived from Mohr-Coulomb fracture model, furthermore, a new stress index is presented and used for die stress analysis. This index inherently considers hydrostatic pressure and is then capable of deducing wide range of its distribution for representing stress state by modification of its parameter implying pressure sensitivity.
Zaid, Mohammad;Sadique, Md. Rehan;Alam, M. Masroor;Samanta, Manojit
Geomechanics and Engineering
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v.23
no.3
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pp.245-259
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2020
Tunnels have become an indispensable part of metro cities. Blast resistance design of tunnel has attracted the attention of researchers due to numerous implosion event. Present paper deals with the non-linear finite element analysis of rock tunnel having shear zone subjected to internal blast loading. Abaqus Explicit schemes in finite element has been used for the simulation of internal blast event. Structural discontinuity i.e., shear zone has been assumed passing the tunnel cross-section in the vertical direction and consist of Highly Weathered Granite medium surrounding the tunnel. Mohr-Coulomb constitutive material model has been considered for modelling the Highly Weathered Granite and the shear zone material. Concrete Damage Plasticity (CDP), Johnson-Cook (J-C), Jones-Wilkins-Lee (JWL) equation of state models are used for concrete, steel reinforcement and Trinitrotoluene (TNT) simulation respectively. The Coupled-Eulerian-Lagrangian (CEL) method of modelling for TNT explosive and air inside the tunnel has been adopted in this study. The CEL method incorporates the large deformations for which the traditional finite element analysis cannot be used. Shear zone orientations of 0°, 15°, 30°, 45°, 60°, 75° and 90°, with respect to the tunnel axis are considered to see their effect. It has been concluded that 60° orientation of shear zone presents the most critical situation.
This paper presented solutions of displacement and stress for a circular opening which is reinforced with grouted rock bolt. It satisfies the Mohr-Coulomb (M-C) or generalized Hoek-Brown (H-B) failure criterion, and exhibits elastic-brittle-plastic or strain-softening behavior. The numerical stepwise produce for strain-softening rock mass reinforced with grouted rock bolt was developed with non-associative flow rules and two segments piecewise linear functions related to a principle strain-dependent plastic parameter, to model the transition from peak to residual strength. Three models of the interaction mechanism between grouted rock bolt and surrounding rock proposed by Fahimifar and Soroush (2005) were adopted. Based on the axial symmetrical plane strain assumption, the theoretical solution of the displacement and stress were proposed for a circular tunnel excavated in elastic-brittle-plastic and strain-softening rock mass compatible with M-C or generalized H-B failure criterion, which is reinforced with grouted rock bolt. It showed that Fahimifar and Soroush's (2005) solution is a special case of the proposed solution for n = 0.5. Further, the proposed method is validated through example comparison calculated by MATLAB programming. Meanwhile, some particular examples for M-C or generalized H-B failure criterion have been conducted, and parametric studies were carried out to highlight the influence of different parameters (e.g., the very good, average and very poor rock mass). The results showed that, stress field in plastic region of surrounding rock with considering the supporting effectiveness of the grouted rock bolt is more than that without considering the effectiveness of the grouted rock bolt, and the convergence and plastic radius are reduced.
Asgarian, Behrouz;Shokrgozar, Hamed Rahman;Shahcheraghi, Davoud;Ghasemzadeh, Hasan
Coupled systems mechanics
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v.1
no.4
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pp.381-395
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2012
Dynamic response of Pile Supported Structures is highly depended on Soil Pile Structure Interaction. In this paper, by comparison of experimental and numerical dynamic responses of a prototype jacket offshore platform for both hinge based and pile supported boundary conditions, effect of soil-pile-structure interaction on dynamic characteristics of this platform is studied. Jacket and deck of a prototype platform is installed on a hinge-based case first and then platform is installed on eight skirt piles embedded on continuum monolayer sand. Dynamic characteristics of platform in term of natural frequencies, mode shapes and modal damping are compared for both cases. Effects of adding and removing vertical bracing members in top bay of jacket on dynamic characteristics of platform for both boundary conditions are also studied. Numerical simulation of responses for the studied platform is also performed for both mentioned cases using capability of ABAQUS and SACS software. The 3D model using ABAQUS software is created using solid elements for soil and beam elements for jacket, deck and pile members. Mohr-Coulomb failure criterion and pile-soil interface element are used for considering nonlinear pile soil structure interaction. Simplified modeling of soil-pile-structure interaction effect is also studied using SACS software. It is observed that dynamic characteristics of the system changes significantly due to soil-pile-structure interaction. Meanwhile, both of complex and simplified (ABAQUS and SACS, respectively) models can predict this effect accurately for such platforms subjected to dynamic loading in small range of deformation.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.10
no.1
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pp.155-162
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1990
In analysis of deformation in which the stiffness is greatly different between the adjacent materials, the desired results have been obtained by using the interface element method compared with those secured by the conventional method of the concept of continua. However the interface element method was originally developed for the behavior of rocks. This study deals with the deformation analysis of foundation with sand drain by the introduction of interface element. The physical conditions of interface element are devided into three categories by Mohr-Coulomb failure criterion ie. sliding, separation, and contact. Finally the accuracy of the program proposed in this paper is proved highly accurate by performing the comparison of the theoretical values and numerical results of a model element with simplified boundary conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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