Nowadays, railway system plays a significant role in transportation, conveying cargo, passengers, minerals, grains, and so forth. Railway ballasted track is a conventional railway track as can be seen all over the world. Ballast, located underneath the sleepers, is the most important elements on ballasted track, which has many functions and requires routine maintenance. Ballast needs to be maintained frequently to prevent rail buckling, settlement, misalignment so that ballast has to be modelled accurately. Continuum model was introduced to model granular material and was extended in ballast. However, ballast is a heterogeneous material with highly nonlinear behaviour. Hence, ballast could not be modelled accurately in continuum model due to the discontinuities nature and material degradation of ballast. Discrete element modelling (DEM) is proposed as an alternative approach that provides insight into constitutive model, realistic particle, and contact algorithm between each particle. DEM has been studied in many recent decades. However, there are limitations due to the high computational time and memory consumption, which cause the lack of using in high range. This paper presents a review of recent ballast modelling with benefits and drawbacks. Ballast particles are illustrated either circular, circular crump, spherical, spherical crump, super-quadric, polygonal and polyhedral. Moreover, the gaps and limitations of previous studies are also summarized. The outcome of this study will help the understanding into different ballast modelling and particle. The insight information can be used to improve ballast modelling and monitoring for condition-based track maintenance.
Caprili, Silvia;Mattei, Francesca;Gigliotti, Rosario;Salvatore, Walter
Earthquakes and Structures
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v.14
no.3
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pp.187-201
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2018
The paper describes a modified cyclic bar model including bond-slip phenomena between steel reinforcing bars and surrounding concrete. The model is focused on plain bar and is useful, for its simplicity, for the seismic analyses of RC structures with plain bars and insufficient constructive details, such as in the case of '60s -'70s Mediterranean buildings. The model is based on an imposed exponential displacements field along the bar including both steel deformation and slip; through the adoption of equilibrium and compatibility equations a stress-slip law can be deducted and simply applied, with opportune operations, to RC numerical models. This study aims to update and complete the original monotonic model published by the authors, solving some numerical inconsistencies and, mostly, introducing the cyclic formulation. The first aim is achieved replacing the imposed linear displacement field along the bar with an exponential too, while the cyclic behaviour is described through a formulation based on the results of parametric analyses concerning a large range of steel and concrete properties and geometric configurations. Validations of the proposed model with experimental results available in the current literature confirm its accuracy and the reduced computational burden, highlighting its suitability in performing nonlinear analyses of RC structures.
Structures submitted to Fire-After-Earthquake loading situations, are first experiencing inelastic deformations due to the seismic action and are then submitted to the thermal loading. This means that in the case of steel framed structures, at the starting point of the fire, plastic hinges have already been formed at the ends of the beams. The basic objective of this paper is the evaluation of the rotational capacity of steel I-section beams damaged due to prior earthquake loading, at increased temperatures. The study is conducted numerically and three-dimensional models are used in order to capture accurately the nonlinear behaviour of the steel beams. Different levels of earthquake-induced damage are examined in order to study the effect of the initial state of damage to the temperature-evolution of the rotational capacity. The study starts with the reference case where the beam is undamaged and in the sequel cyclic loading patterns are taken into account, which represent earthquakes loads of increasing magnitude. Additionally, the study extends to the evaluation of the ultimate plastic rotation of the steel beams which corresponds to the point where the rotational capacity of the beam is exhausted. The aforementioned value of rotation can be used as a criterion for the determination of the fire-resistance time of the structure in case of Fire-After-Earthquake situations.
As the flow velocity and Reynolds number increase in rockfill porous media, the flow deviates from Darcy conditions. In this study, the permeability tests of rock column specimen and laboratory gabion weir model were carried out to investigate a head loss behaviour of flow through rockfill deposition in small river artificial recharge. Through column test, the nonlinear relationships between flow velocity and hydraulic gradient and coefficients were determined and the correlation formula of hydraulic mean radius and coefficients was proposed. The flow velocities and discharges in voids estimated by proposed equations were well matched with the measured values of laboratory gabion weir model.
This paper introduces modeling and simulation results for pipeline inspection gauge (PIG) with bypass flow control in natural gas pipeline. The dynamic behaviour of the PIG depends on the different pressure across its body and the bypass flow through it. The system dynamics includes: dynamics of driving gas flow behind the PIG, dynamics of expelled gas in front of the PIG, dynamics of bypass flow, and dynamics of the PIG. The bypass flow across the PIG is treated as incompressible flow with the assumption of its Mach number smaller than 0.45. The governing nonlinear hyperbolic partial differential equations for unsteady gas flows are solved by method of characteristics (MOC) with the regular rectangular grid under appropriate initial and boundary conditions. The Runge-Kuta method is used for solving the steady flow equations to get initial flow values and the dynamic equation of the PIG. The sampling time and distance are chosen under Courant-Friedrich-Lewy (CFL) restriction. The simulation is performed with a pipeline segment in the Korea Gas Corporation (KOGAS) low pressure system, Ueijungboo-Sangye line. Simulation results show us that the derived mathematical model and the proposed computational scheme are effective for estimating the position and velocity of the PIG with bypass flow under given operational conditions of pipeline.
The present study deals with a mathematical model describing the dynamic response of heat and mass transfer in blood flow through bifurcated arteries under stenotic condition. The geometry of the bifurcated arterial segment possessing constrictions in both the parent and the daughter arterial lumen frequently appearing in the diseased arteries causing malfunction of the cardiovascular system, is formulated mathematically with the introduction of the suitable curvatures at the lateral junction and the flow divider. The blood flowing through the artery is treated to be Newtonian. The nonlinear unsteady flow phenomena is governed by the Navier-Stokes equations while those of heat and mass transfer are controlled by the heat conduction and the convection-diffusion equations respectively. All these equations together with the appropriate boundary conditions describing the present biomechanical problem following the radial coordinate transformation are solved numerically by adopting finite difference technique. The respective profiles of the flow field, the temperature and the concentration and their distributions as well are obtained. The influences of the stenosis, the arterial wall motion and the unsteady behaviour of the system in terms of the heat and mass transfer on the blood stream in the entire arterial segment are highlighted through several plots presented at the end of the paper in order to illustrate the applicability of the present model under study.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.14
no.1
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pp.167-175
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2006
Directional stability is important performance in vehicle and tire design. The current methods to analyze this is generally based on linear concept. Using the existing concept, it cannot realistically explain the subjective assessment at all because it is hard to practically represent the nonlinear behaviour of a complex vehicle system in reality. In this paper, new method to analyze directional stability is introduced. At first, directional stability of vehicle is categorized into yaw, rear axle, and roll stability. In order to objectify these items, driver perceptual parameters based on subjective assessment are used. Using the perceptual parameters, it can successfully explain the transient maneuver of vehicle and extract objective parameters for directional stability. Finally, these objective parameters are successfully validated through two handling tests, lane change and severe lane change. The correlation results show that there exists a good correlation between subjective assessment and the proposed objective parameters.
Castellated beams fabricated from standard I-sections are being used for several structural applications such as commercial and industrial buildings, multistory buildings, warehouses and portal frames in view of numerous advantages. The advantages include enhanced moment of inertia, stiffness, flexural resistance, reduction in weight of structure, by passing the used plate girders, the passage of service through the web openings etc. In the present study, experimental and numerical investigations were carried out on concrete encased steel castellated beams with hexagonal openings under flexural loading. Various positions of openings such as along the neutral axis, above the neutral axis and below the neutral axis were considered for the study. From the experimental findings, it has been observed that the load-carrying capacity of the castellated beam with web opening above neutral axis is found to be higher compared to other configurations. Nonlinear finite element analysis was performed by using general purpose finite element software ABAQUS considering the material nonlinearities. Concrete damage plasticity model was employed to model the nonlinearity of concrete and elasto-plastic model for steel. It has been observed that FE model could able to capture the behaviour of concrete encased steel castellated beams and the predicted values are in good agreement with the corresponding experimental values.
Talebi, Elnaz;Tahir, Mahmood Md.;Zahmatkesh, Farshad;Kueh, Ahmad B.H.
Steel and Composite Structures
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v.19
no.3
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pp.661-678
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2015
Buckling Restrained Braces (BRB) have been widely used in the construction industry as they utilize the most desirable properties of both constituent materials, i.e., steel and concrete. They present excellent structural qualities such as high load bearing capacity, ductility, energy-absorption capability and good structural fire behaviour. The effects of size and type of filler material in the existed gap at the steel core-concrete interface as well as the element's cross sectional shape, on BRB's fire resistance capacity was investigated in this paper. A nonlinear sequentially-coupled thermal-stress three-dimensional model was presented and validated by experimental results. Variation of the samples was described by three groups containing, the steel cores with the same cross section areas and equal yield strength but different materials (metal and concrete) and sizes for the gap. Responses in terms of temperature distribution, critical temperature, heating elapsed time and contraction level of BRB element were examined. The study showed that the superior fire performance of BRB was obtained by altering the filler material in the gap from metal to concrete as well as by increasing the size of the gap. Also, cylindrical BRB performed better under fire conditions compared to the rectangular cross section.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.1061-1064
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2008
Shear connectors have a finite slip capacity because of the mechanism by which they transfer the shear between UHPFRC and NC elements. At high degree of shear connection, non-linear analysis techniques are required to allow for compressive plasticity and tensile cracking behaviour of the elements. As with all non-linear problems, a closed form solution is difficult to find. A Modified Shooting Method Technique is developed here for non-linear analysis of UHPFRC/concrete composite. The initial effective moment is derived according to the prestressing force. The composite structure is divided into small segments which length is much less than the length of the structure and it can be assumed that the forces and displacements within each segment are constant. An equivalent analysis in composite girders would be to fix the slip strain in each segment and develop a moment curvature relationship for this slip strain in each segment. Additive forces and moment analysis on each section of the segments are analyzed by MSMT. Finally the ultimate slippage of the interface can be evaluated by the MSMT model. This paper presents a nonlinear analysis method for limited slip capacity of UHPFRC-NC interface.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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