Concrete is a heterogeneous material consisting of coarse aggregate, mortar matrix and interfacial zones at the meso level. Though studies have been done to interpret the fracture process in concrete using meso level models, not much work has been done for simulating the macroscopic behaviour of reinforced concrete structures using the meso level models. This paper presents a procedure for the mesoscopic analysis of reinforced concrete beams using a modified micro truss model. The micro truss model is derived based on the framework method and uses the lattice meshes for representing the coarse aggregate (CA), mortar matrix, interfacial zones and reinforcement bars. A simple procedure for generating a random aggregate structure is developed using the constitutive model at meso level. The study reveals the potential of the mesoscopic numerical simulation using a modified micro truss model to predict the nonlinear response of reinforced concrete structures. The modified micro truss model correctly predicts the load-deflection behaviour, crack pattern and ultimate load of reinforced concrete beams failing under different failure modes.
The interaction between steel tube and concrete core is the key design considerations for concrete-filled steel tube columns. In a concrete-filled steel tube (CFST) column, the steel tube provides confinement to the concrete core which permits the composite action among the steel tube and the concrete. Due to construction faults and plastic shrinkage of concrete, the debonding separation at the steel-concrete interface weakens the confinement effect, and hence affects the behaviour and bearing capacity of the composite member. This study investigates the axial loading behavior of the concrete filled circular steel tube columns with debonding separation. A three-dimensional nonlinear finite element model of CFST composite columns with introduced debonding gap was developed. The results from the finite element analysis captured successfully the experimental behaviours. The calibrated finite element models were then utilized to assess the influence of concrete strength, steel yield stress and the steel-concrete ratio on the debonding behaviour. The findings indicate a likely significant drop in the load carrying capacity with the increase of the size of the debonding gap. A design formula is proposed to reduce the load carrying capacity with the presence of debonding separation.
In this paper, a meshfree shell adaptive procedure is developed for the applications in the sheet metal forming simulation. The meshfree shell formulation is based on the first-order shear deformable shell theory and utilizes the degenerated continuum and updated Lagrangian approach for the nonlinear analysis. For the sheet metal forming simulation, an h-type adaptivity based on the meshfree background cells is considered and a geometric error indicator is adopted. The enriched nodes in adaptivity are added to the centroids of the adaptive cells and their shape functions are computed using a first-order generalized meshfree (GMF) convex approximation. The GMF convex approximation provides a smooth and non-negative shape function that vanishes at the boundary, thus the enriched nodes have no influence outside the adapted cells and only the shape functions within the adaptive cells need to be re-computed. Based on this concept, a multi-level refinement procedure is developed which does not require the constraint equations to enforce the compatibility. With this approach the adaptive solution maintains the order of meshfree approximation with least computational cost. Two numerical examples are presented to demonstrate the performance of the proposed method in the adaptive shell analysis.
Moscoso, Alvaro M.;Tamayo, Jorge L.P.;Morsch, Inacio B.
Computers and Concrete
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v.19
no.2
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pp.191-201
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2017
External pre-stressing is often used in strengthening or retrofitting of steel-concrete composite beams. In this way, a proper numerical model should be able to trace the completely nonlinear response of these structures at service and ultimate loads. A three dimensional finite element model based on shell elements for representing the concrete slab and the steel beam are used in this work. Partial interaction at the slab-beam interface can be taken into account by using special beam-column elements as shear connectors. External pre-stressed tendons are modeled by using one-dimensional catenary elements. Contact elements are included in the analysis to represent the slipping at the tendon-deviator locations. Validation of the numerical model is established by simulating seven pre-stressed steel-concrete composite beams with experimental results. The model predictions agree well with the experimental results in terms of collapse loads, path failures and cracking lengths at negative moment regions due to service loads. Finally, the accuracy of some simplified formulas found in the specialized literature to predict cracking lengths at interior supports at service loading and for the evaluation of ultimate bending moments is also examined in this work.
In the present study, the advanced procedure has been proposed to estimate higher accuracy of embedment of pipes that are installed on soft clay seabed. Numerical simulation by OrcaFlex simulation code was performed to investigate dynamic seabed embedment, and two steps, i.e., static and dynamic analysis, were adopted. In total, four empirical curves were developed to estimate the seabed embedment including dynamic phenomena, i.e., behaviour of vessel, environmental condition, and behaviour of nonlinear soil. The obtained results were compared with existing methods (named general method) such as design code or guideline to examine the difference of seabed embedment for existing and advance methods. Once this process was carried out for each case, a diagram for estimating seabed embedment was established. The applicability of the proposed method was verified through applied examples with field survey data. This method will be very useful in predicting seabed embedment on soft clay, and the structural behaviours of installed subsea pipelines can be changed by the obtained seabed embedment in association with on-bottom stability, free span, and many others.
In the seismic design of bridges, formation of plastic hinges plays an important role in the dissipation of seismic energy. In the case of conventional fixed-base bridges, the plastic hinges are allowed to form in the superstructure alone. During seismic event, such bridges may be safe from collapse but the superstructure undergoes significant plastic deformations. As an alternative design approach, the plastic hinges are guided to form in the soil thereby utilizing the inevitable yielding of the soil. Rocking foundations work on this concept. The formation of plastic hinges in the soil reduces the load and displacement demands on the superstructure. This study aims at evaluating the seismic response of bridge pier supported on rocking shallow foundation. For this purpose, a BNWF model is implemented in OpenSees platform. The capability of the BNWF model to capture the SSI effects, nonlinear behavior and dynamic loading response are validated using the centrifuge and shake table test results. A comparative study is performed between the seismic response of the bridge pier supported on the rocking shallow foundation and conventional fixed-base foundation. Results of the study have established the beneficial effects of using the rocking shallow foundation for the seismic response analysis of the bridge piers.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.12
no.6
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pp.77-83
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2013
Orthodontics is a branch of dentistry that is concerned with the study and treatment of malocclusion, which may result from tooth irregularities, disproportionate jaw relationships, or both. Orthodontic devices consist of brackets, archwire connected to each bracket, and bends and hooks for auxiliary functions. Basically, orthodontics involves the interaction of brackets and archwire. It should be noted that uncontrolled tipping can occur due to unwanted movement of the teeth. The bending of an archwire can control the angle of an archwire and the rotation of a tooth. In this study, we predict the relationship between the bending angle of an archwire and the rotation of a tooth using the Kriging interpolation method. Also, we calculate the angle of an archwire that occurs at the minimum value of tooth rotation.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.6
no.1
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pp.57-65
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2000
In this paper, a model reference adaptive control for the atomic force microscope (AFM) of tapping mode is investigated. The dynamics between the AFM system and al sample is mathematically modeled as a second order spring-mass-damper system with oscillatory inputs. The attractive and repulsive forces between the tip of the AFM system and the sample are derived using the Lennard-Jones potential energy. By non-dimensionalizing the displacement of the tip and the input frequency, the chaotic behavior near a resonance frequency is better depicted through the non-dimensionalized equations. Four nonlinear analysis techniques, a phase portrait, sensitive dependence on initial conditions, a power spectral density function, and a Pomcare map are investigated. Because the equations of motion derived in this paper involve unknown parameter values such as the damping effect of the air and the interaction constants between materials, the standard model reference adaptive control is adopted. Two control objectives, the prevention of chaos and the tracking of reference signal, are pursued. Simulation results are included.
Laboratory sorption isotherm batch studies have been attempted to elucidate interaction of synthetic pyrethroids (bifenthrin and permethrin) with sediments and their fractions. As a nonlinear isothermal model, the Freundlich equation was applied to sorption results obtained from sediments to investigate the relationship between synthetic pyrethroids and sediments containing different amounts of organic carbon. Results demonstrated that the sorption capabilities of bifenthrin and cis- and trans-permethrin was in the order of bifenthrin, cis-permethrin and trans-permethrin, respectively, indicating that adsorbed bifenthrin was the most stable followed by cis- and trans-permethrin in all sediments. Their sorption capability was closely related to organic carbon contents in sediments. Higher sorption was observed in sediments containing higher organic carbon contents. Sorption study extended into the fractions, clay and humic acids, extracted from a sediment, indicated that higher sorption capacity in humic acids occurred than in the clay of both examined bifenthrin and permethrin. This study demonstrates the sorption of synthetic pyrethroids with sediments, and will help in the understanding of the transport and fate of synthetic pyrethroids existing in field sediments.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2003.05a
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pp.49-55
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2003
When a body with slant angle after its shoulder is moving at high speed, the turbulent motion around the afterbody is generally associated with the flaw separation and determines the normal component of the drag. By changing the slant angle of afterbody, there exists a critical angle at which the drag coefficients change drastically. Understanding and control of the turbulent separated flows are of significant importance for the design of optimal configuration of the moving bodies. In the present paper, a new Large Eddy Simulation technique has been developed to investigate turbulent vortical motions around the afterbodies with slant angle. By basis of understanding the structure of turbulent flaw around the body, the new configuration of afterbodies are designed to reduce the drag of body and the nonlinear effects due to the interaction between the body configuration and the turbulent separated flows are investigated by use of the developed LES technique.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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