This paper presents a numerical study of pile force distribution in a pile group foundation subjected to vertical load and large moment. The physical modeling of a pile foundation for a wind turbine is analyzed using 3D finite element software, PLAXIS 3D. The soil profile consists of several clay layers, which are modeled as Mohr-Coulomb material in an undrained condition. The piles in the pile group foundation are modeled as special elements called embedded pile elements. To model the problem of a pile group foundation, a small gap is created between the pile cap and underlying soil. The pile cap is modeled as a rigid plate element connected to each pile by a hinge. As a result, applied vertical load and large moment are transferred only to piles without any load sharing to underlying soil. Results of the study focus on pile load distribution for the square shape of a pile group foundation. Mathematical expression is proposed to describe pile force distribution for the cases of vertical load and large moment and purely vertical load.
This paper focuses on the application of artificial neural networks (ANN) for optimal design of tensegrity grid as light-weight roof structures. A tensegrity grid, 2 m ${\times}$ 2 m in size, is fabricated by integrating four single tensegrity modules based on half-cuboctahedron configuration, using galvanised iron (GI) pipes as struts and high tensile stranded cables as tensile elements. The structure is subjected to destructive load test during which continuous monitoring of the prestress levels, key deflections and strains in the struts and the cables is carried out. The monitored structure is analyzed using finite element method (FEM) and the numerical model verified and updated with the experimental observations. The paper then explores the possibility of applying ANN based on multilayered feed forward back propagation algorithm for designing the tensegrity grid structure. The network is trained using the data generated from a finite element model of the structure validated through the physical test. After training, the network output is compared with the target and reasonable agreement is found between the two. The results demonstrate the feasibility of applying the ANNs for design of the tensegrity structures.
Vibration based damage detection is very popular in the civil engineering area. Especially, special structures like dams, long-span bridges and high-rise buildings, need continues monitoring in terms of mechanical properties of material, static and dynamic behavior. It has been stated in the International Commission on Large Dams that more than half of the large concrete dams were constructed more than 50 years ago and the old dams have subjected to repeating loads such as earthquake, overflow, blast, etc.,. So, some unexpected failures may occur and catastrophic damages may be taken place because of theloss of strength, stiffness and other physical properties of concrete. Therefore, these dams need repairs provided with global damage evaluation in order to preserve structural integrity. The paper aims to show the effectiveness of the model updating method for global damage detection on a laboratory arch dam model. Ambient vibration test is used in order to determine the experimental dynamic characteristics. The initial finite element model is updated according to the experimentally determined natural frequencies and mode shapes. The web thickness is selected as updating parameter in the damage evaluation. It is observed from the study that the damage case is revealed with high accuracy and a good match is attained between the estimated and the real damage cases by model updating method.
The design and maintenance of navigation channel and water facilities of an harbor which is located at the mouth of river or at the estuary area are difficult due to the complexity of estuarial water and sediment circulation. Effects of deepening navigable waterways, of changing coastline configurations, or of discharging dredged material to the open sea are necessary to be investigated and predicted in terms of water quality and possible physical changes to the coastal environment. A borad analysis of the transport mechanism in the estuary area was made in terms of sediment property, falling velocity, concentration and flow characteristics. In order to simulate the transport processes, a two-dimensional finite element model is developed, which includes erosion, transport and deposition mechanism of suspended sediments. Galerkin’s weighted residual method is used to solve the transient convection-diffusion equation. The fluid domain is subdivided into a series of triangular elements in which a quadratic approximation is made for suspended sediment concentration. Model could deal with a continuous aggregation by stipulating the settling velocity of the flocs in each element. The model provides suspended sediment concentration, bed shear stress, erosion versus deposition rate and bed profile at the given time step.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.11a
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pp.938-941
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2004
Sound generation and radiation from the duct-rotor system are calculated numerically. The wake geometries of a two-bladed rotor are calculated by using a time-marching fiee-wake method without a non-physical model of the far wake. Acoustic free field due to a rotating rotor is obtained by Lowson's equation. Using Kirchhoff source, rotating sources are modeled as stationary ones and can be inserted in the thin body boundary element method. The Kirchhoff source is validated through calculation of acoustic pressure due to a rotating point force. The thin body boundary element method (thin body BEM) is validated through calculation of acoustic radiation of ducted dipole. Using Kirchhoff source and thin body BEM, acoustic radiation of a ducted rotating source is calculated. Acoustic shielding is observed by inserting a duct and shows different phenomena at each major frequency. Acoustic radiation of a real duct-rotor system is also calculated using this method and the ducted acoustic field is significantly different from rotor only.
Mechanical systems with rubber parts have been used widely in industry fields. The evaluation of the physical characteristics of rubber is important in rubber application. Rubber material is useful to machine component for excellent shock absorbing characteristics. The impact characteristics of rubber were examined by experimental and finite element method. The impact test was conducted with a free-drop type impact tester. The ABAQUS/Explicit was used for finite element analysis. In the finite element analysis, elastic modulus of rubber using impact force was used as dynamic modulus, which are measured and predicted with dynamic property test and WLF model. The analysis result was coincided with the experimental results.
The free and forced nonlinear dynamic behaviors of Porous Functionally Graded Material (PFGM) plates are examined by means of a High-Order Implicit Algorithm (HOIA). The formulation is developed using the Third-order Shear Deformation Theory (TSDT). Unlike previous works, the formulation is written without resorting to any homogenization technique neither rule of mixture nor considering FGM as a laminated composite, and the distribution of the porosity is assumed to be gradually variable through the thickness of the PFGM plates. Using the Hamilton principle, we establish the governing equations of motion. The Finite Element Method (FEM) is used to compute approximations of the resulting equations; FEM is adopted using a four-node quadrilateral finite element with seven Degrees Of Freedom (DOF) per node. Nonlinear equations are solved by a HOIA. The accuracy and the performance of the proposed approach are verified by presenting comparisons with literature results for vibration natural frequencies and dynamic response of PFGM plates under external loading. The influences of porosity volume fraction, porosity distribution, slenderness ratio and other parameters on the vibrations of PFGM plate are explored. The results demonstrate the significant impact of different physical and geometrical parameters on the vibration behavior of the PFGM plate.
The need for carbon neutrality in the world strives the construction industry to reduce the use of construction materials. Aiming to this, recycled aggregate concrete (RAC) could be used as it reduces the carbon dioxide emissions. Currently, RAC is mainly used in non-structural members of civil constructions, seldom used in structural members. To broaden its structural use, a new type of composite column, i.e., the square and rectangular RAC filled FRP tubes (CFFTs), has been concerned in this study. The investigation on their axial compressive behavior through physical test and numerical analysis demonstrated that the load-carrying capacity of such column is reduced with the increase of replacement ratio of recycled aggregate and aspect ratio of section but can be improved by the increase of FRP confining stiffness and corner radius, said capacity can be equivalent to their steel reinforced concrete counterparts. At failure, the hoop strain at corner of tube is unexpectedly smaller than that at flat side of the tube although the FRP tube ruptured at its corner first, revealing a premature failure. Besides, a design-oriented stress-strain model of concrete and an analysis-oriented finite element model are proposed to predict the load-strain response of square and rectangular CFFT columns, which facilitates the engineering use of RAC in load-carrying structural members.
Proceedings of the Korean Society for Agricultural Machinery Conference
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1993.10a
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pp.922-931
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1993
Boundary element method was used to solve heat conduction problem for predicting temperature distribution in grain storage bin. Temperature of grain in storage is one of the three main abiotic factors, besides the intergranular gas composition and the grain moisture content, that determine the keeping quality and control measures used to protect grain from insects and damaging microflora. Collecting the temperature data at various points in the storage bins at different time of the day over a period of time is one way of finding the temperature distribution, this method requires a lot of time, cost and labour and less efficient. However data so collected serve useful purpose of being used to validate predicted temperature distribution using mathematical models. Mathematical models based on physical principles can potentially predict with accuracy the temperature distribution in a grain storage bin. Using the boundary element model the effect of bin wall material, ambient emperature, bin size etc. on temperature distribution can be studied. A knowledge of temperature distribution in stored grain not only helps in identifying active deterioration , but also gives an indication of potential for detection.
Kim, Hack-Jin;Yu, Eun-Jong;Kim, Ho-Geun;Lee, Sang-Hyun;Cho, Seung-Ho;Chung, Lan
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2008.04a
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pp.647-652
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2008
This paper focused on the application of finite element model updating technique to evaluate the structural properties of the reinforced concrete specimen using the data collected from shaking table tests. The specimen was subjected to six El Centro(NS, 1942) ground motion histories with different Peak Ground Acceleration(PGA) ranging from 0.06g to 0.50g. For model updating, flexural stiffness values of structural members(walls and slabs) were chosen as the updating parameters so that the converged results have direct physical interpretations. Initial values for finite element model were determined from the member dimensions and material properties. Frequency response functions(i.e. transfer functions), natural frequencies and mode shapes were obtained using the acceleration measurement at each floor and given ground acceleration history. The weighting factors were used to account for the relative confidence in different types of inputs for updating(i.e. transfer function and natural frequencies). The constraints based on upper/lower bound of parameters and sensitivity-based constraints were implemented to the updating procedure in this study using standard bounded variable least-squares(BVLS) method. The veracity of the updated finite element model was investigated by comparing the predicted and measured responses. The results indicated that the updated model replicates the dynamic behavior of the specimens reasonably well. At each stage of shaking, severity of damage that results from cracking of the reinforced concrete member was quantified from the updated parameters(i.e. flexural stiffness values).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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