Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.61
no.2
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pp.41-50
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2019
Stiffness characteristic of subgrade is one of the most important aspects for the design and evaluation of pavement and railway. However, adequate field testing methods for evaluating the stiffness characteristics of the subgrade have not been developed yet. In this study, an in-situ dynamic stiffness analyzer (IDSA) is developed to evaluate the characteristics of subgrade stiffness along the depth, and its performance is evaluated in elastic materials and a compacted soil. The IDSA consists of a falling hammer system, a connecting rod, and a tip module. Four strain gauges and an accelerometer are installed at the tip of the rod to analyze the dynamic response of the tip generated by the drop of hammer. Based on the Boussinesq's method, the stiffness and Young's modulus of the specimens can be calculated. The performance of IDSA was tested on three elastic materials with different hardness and a compacted soil. For the repeatability of test performance, the dynamic signals for force and displacement of the tip are averaged from the hammer impact tests performed five times at the same drop height. The experimental results show that the peak force, peak displacement, and the duration depend on the hardness of the elastic materials. After calculating the stiffness and elastic modulus, it is revealed that as the drop height of hammer increases, the stiffness and elastic moduli of MC nylon and the compacted soil rapidly increase, while those of urethanes less increase.
Kim, Shi-Hwan;Yoon, Seong-Soo;Park, Jin-Seon;Jeon, Jeong-Bae
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.53
no.6
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pp.153-163
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2011
This research describe improved algorithm that is able to decide terminal criterion of Evolutionary Structural Optimization (ESO), reducing load of calculation to search load path of concrete beam, and apply to agricultural facilities. The ESO method is that make to discrete structure, structural analyze each element stress through FEM. And repeat generation with next material condition to become for most suitable composing. Individual element introduces concept of zero stiffness, but zero stiffness decisions are gone to direction of exclusion. In this stduy, improve algorithm to be convergence by 'Rule of Alive or Die' in arrival because is most suitable. Also, existing terminal criterion lack consistency because that used depend on experience of researcher. This research procedure is fellowed. First, all modulus of elasticity assume a half of elasticity modulus of material, Second, structural analysis by FEM, Third, apply to the remove ratio and restoration ratio for the 'rule of alive or die'. Forth, reconstruct the element and material conditions. And repeat the first to forth process. The terminal time of evolutional procedure is the all elastic modulus of element changed to blank value or elasticity modulus value of original. Therefore, in this study, consist the algorithm for programming, and apply to the agricultural facilities with concrete.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.31
no.9
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pp.951-959
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2007
In this study, the Johnson-Kendall-Roberts(JKR) theory was combined with the instrumented indentation technique (IIT) to evaluate work of adhesion and modulus of elastomeric polymer. Indentation test was used to obtain the load-displacement data for contacts between Tungsten Carbide indenter and elastomeric polymer. And the JKR contact model, contrived to take viscoelastic effects of polymer into account, was applied to compensate the contact area and the elastic modulus which Hertzian contact model would underestimate and overestimate, respectively. Besides, we could obtain the thermodynamic work of adhesion by considering the surface energy in this contact model. In order to define the relation between JKR contact area and applied load without optical measuring of contact area, we used the relation between applied load and contact stiffness by examining the correlation between JKR contact area and stiffness through dimensional analysis with 14 kinds of elastomeric polymer. From this work, it could be demonstrated that the interfacial work of adhesion and elastic modulus of compliant polymer can be obtained from a simple instrumented indentation testing without area measurement, and provided as the main algorithm of compliant polymer characterization.
This study compares elastic moduli calculated using two stiffness testing methods with different strain ranges to evaluate the stress-settlement characteristics of foundation support layers. Elastic moduli were calculated by the soil stiffness gauge (SSG) in the micro-strain range and the plate load test (PLT) in the medium strain range. To apply the elastic moduli obtained by the two testing methods with different strain ranges to the design and construction of foundation soils, the correlation between each measurement value should be identified in advance. As a result of the comparative analysis of the elastic moduli calculated using the two methods in weathered soil and rock, which are representative support layers in Korea, the calculated elastic moduli differed depending on the types of soil and stress conditions. For various soil types, the static elastic modulus obtained by the PLT was reduced by 56% because of the difference in the strain level of the test compared with the dynamic elastic modulus obtained by the SSG. Therefore, the results show that it is necessary to apply corrections to the stress distribution, stress level, and dynamic effect according to the ground stiffness to effectively use the SSG instead of the PLT.
PURPOSES: To characterize the aging effect on asphalt binder, dynamic shear modulus mastercurve of two typical asphalt binders are developed. METHODS: To develop dynamic shear modulus mastercurve, dynamic shear modulus at high temperature and creep stiffness at low temperature are measured by temperature sweep test and bending beam rheometer test, respectively. RESULTS: It is observed that the aging effect on asphalt binder can be clearly observed from dynamic shear modulus mastercurve and the mastercurve can be utilized to predict behavior of asphalt binder at wide range of temperature. CONCLUSIONS: It is confirmed that SBS 5% modified binder has more desirable mechanical property at low and high temperature as a pavement material comparing to PG64-22 binder and the mastercurve is an effective tool to evaluate the property of asphalt binder.
Lee, Jae Hoon;Lee, Jae Hoon;Sohn, Dueck Su;Liu, Ju Ho;Jeong, Jin Hoon
International Journal of Highway Engineering
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v.16
no.6
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pp.69-78
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2014
PURPOSES : The purpose of this paper is showing that the state of pavement sublayers can be evaluated differently according to direction of FWD. METHODS : The concrete pavement slabs above subgrade without anything, subgrade with cavity, and box culvert were modeled by finite element method(FEM). The modeled pavements were analyzed by changing the direction of falling weight deflectometer(FWD). The deflection results obtained from FEM were used to calculate radius of relative stiffness and composite modulus of subgrade reaction using AREA method. Then, the analyzed results were compared to the results of the test performed at the Korea Expressway Corporation(KEC) test road. RESULTS : The composite modulus of subgrade reaction increased with subgrade elastic modulus, while radius of relative stiffness decreased. The pavement sections of pure earth showed the consistent results regardless of FWD direction. In case there was cavity, the radius of relative stiffness was larger and composite modulus of subgrade reaction was smaller when FWD was leaving the cavity than when approaching the cavity. This pattern became clear when the cavity got larger. In case of the section with box culvert, the pattern was opposite to the case of cavity. When the soil cover depth increased, the effect of box culvert got smaller. When the load was applied far from the cavity and box culvert, the effect was also declined. The test performed at the KEC test road showed identical results to those of finite element analysis. CONCLUSIONS : The direction of FWD should be considered in evaluation of the state of pavement sublayers because it can be evaluated differently even under identical condition.
Various type of in-situ and laboratary tests were performed in order to evaluate the stiffness of sedimentary soft rock. In triaxial compression tests of sedimentary soft rocks, axial strains from the axial displacement of the loading piston or specimen cap conventionally were considerably larger than those measured. tocally on the lateral surfaces of specimen, due to the bedding errors at the top and bottom ends of a specimen. A local deformation transducer was used to measure axial strains free from the bedding error ranging from 0.001% to about 1%. In ultra-sonic wave tests, the elastic modulus of unconfined spec imens was smaller than that of confined specimens, due probably to microfracks. Young's modulus Ed from ultra-sonic wave tests and those at small local strains from triaxial tests were similar, both of which agreed very well with Young's modulus Er from field shear wave velocities. Young'a modulus from the field behaviour was virtually similar to that obtained by reducing Er based on the strain level-dependency of stiffness evaluated by the triaxial tests.
A unique lightweight string truss deployable bridge assembled by thin-walled fiber reinforced polymer (FRP) and metal profiles was designed for emergency applications. As a new structure, investigations into the static structural performance under the serviceability limit state are desired for examining the structural integrity of the developed bridge when subjected to unsymmetrical loadings characterized by combined torsion and bending. In this study, a full-scale experimental inspection was conducted on a fabricated bridge, and the combined flexural-torsional behavior was examined in terms of displacement and strains. The experimental structure showed favorable strength and rigidity performances to function as deployable bridge under unsymmetrical loading conditions and should be designed in accordance with the stiffness criterion, the same as that under symmetrical loads. In addition, a finite element model (FEM) with a simple modeling process, which considered the multi segments of the FRP members and realistic nodal stiffness of the complex unique hybrid nodal joints, was constructed and compared against experiments, demonstrating good agreement. A FEM-based numerical analysis was thereafter performed to explore the effect of the change in elastic modulus of different FRP elements on the static deformation of the bridge. The results confirmed that the change in elastic modulus of different types of FRP element members caused remarkable differences on the bending and torsional stiffness of the hybrid bridge. The global stiffness of such a unique bridge can be significantly enhanced by redesigning the critical lower string pull bars using designable FRP profiles with high elastic modulus.
The transition between bridge or tunnel and plain track has different rail pressure and distributed stress on formation. This paper shows distribution of rail pressure on transition at which spring stiffness are changed. By this study, it is revealed that the changing into relatively high stiffness causes increased rail pressure visibly and draw up dynamic track force. A medium stiffness structure and reinforced rail could be effective for reducing track force on the transition.
Recent development in composites containing phase-transforming particles, such as vanadium dioxide or barium titanate, reveals the overall stiffness and viscoelastic damping of the composites may be unbounded (Lakes et al. 2001, Jaglinski et al. 2007). Negative stiffness is induced from phase transformation predicted by the Landau phase transformation theory. Although this unbounded phenomenon is theoretically supported with the composite homogenization theory, detailed stress analyses of the composites are still lacking. In this work, we analyze the stress distribution of the Hashin-Shtrikman (HS) composite and its two-dimensional variant, namely a circular inclusion in a square plate, under the assumption that the Young's modulus of the inclusion is negative. Assumption of negative stiffness is a priori in the present analysis. For stress analysis, a closed form solution for the HS model and finite element solutions for the 2D composite are presented. A static loading condition is adopted to estimate the effective modulus of the composites by the ratio of stress to average strain on the loading edges. It is found that the interfacial stresses between the circular inclusion and matrix increase dramatically when the negative stiffness is so tuned that overall stiffness is unbounded. Furthermore, it is found that stress distributions in the inclusion are not uniform, contrary to Eshelby's theorem, which states, for two-phase, infinite composites, the inclusion's stress distribution is uniform when the shape of the inclusion has higher symmetry than an ellipse. The stability of the composites is discussed from the viewpoint of deterioration of perfect interface conditions due to excessive interfacial stresses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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