Park, Minseok;Kim, Chul-Young;Han, Jongwook;Chae, Yunbyeong
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.41
no.6
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pp.637-644
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2021
Dynamic response of structures can be evaluated experimentally by conducting cyclic loading tests. It has been known that steel materials are rate-dependent and the lateral response of a structure is significantly affected by the presence of axial force. However, the rate-dependency of steel column structures subjected to both axial and lateral loads has not been sufficiently studied yet due to the difficulty of controlling the axial force in a real-time manner during test. This study introduces an advanced way to apply the axial load in real-time to a column specimen using the adaptive time series (ATS) compensator and the flexible loading beam (FLB), where the H-shape steel columns made of SS275 are used for monotonic and cyclic loading tests with various loading rates with axial loads. The lateral strength and post-yield response of the steel columns are compared for each of monotonic and cyclic loading tests. The estimating equation of yield stress of various strain rate has proposed and finite element analysis were performed for comparison.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.1
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pp.58-66
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2022
In this study, to examine the effect of the transverse thermal expansion behavior of FRP reinforcing bars and concrete on the concrete cover thickness, based on 20℃, when the temperature changes from -70℃ to 80℃, the behavior of concrete was studied theoretically and numerically. Theoretical elastic analysis and nonlinear finite element analysis were performed on FRP reinforced concrete with different diameters and cover thicknesses of FRP reinforcement. As a result, at a negative temperature difference, concrete was compressed, and the theoretical strain result and the finite element result were similar, but at a positive temperature difference, tensile stress and further cracks occurred in the concrete, which was 1.2 to 1.4 times larger than the theoretical result. The ratio of the diameter of the FRP reinforcing bar to the thickness of the concrete cover (c/db) is closely related to the occurrence of cracks. Since the transverse thermal expansion coefficient of FRP reinforcing bars is three times greater than that of concrete, it is necessary to consider this in design.
Similar to other structures, ultimate strength values showing the maximum load that the structure can resist without damaging has great importance on ships. Therefore, increasing the ultimate strength values will be an important benefit for the structure. Low carbon steels used in ships due to their low cost and good weldability. Improving the ultimate strength values without interfering with the chemical composition to prevent of the weldability properties of these steels would be very beneficial for ships. Grain refinement via severe plastic deformation (SPD) is an essential strengthening mechanism without changing the chemical composition of metallic materials. Among SPD methods, equal channel angular pressing (ECAP) is one of the most commonly used one due to its capacity for achieving bulk ultrafine-grained (UFG) materials. When the literature is examined, it is seen that there is no study about ultimate strength calculation in ships after ECAP. Therefore, the mean purpose of this study is to apply ECAP to a shipbuilding low carbon steel to be able to achieve mechanical properties and investigate the alteration of ship hull girder grillage system's ultimate strength via finite element analysis approach. A fine-grained (FG) microstructure with a mean grain size of 6 ㎛ (initial grain size was 25 ㎛) was after ECAP. This microstructural evolution brought about a considerable increase in strength values. Both yield and tensile strength values increased from 280 MPa and 425 MPa to about 420 MPa and 785 MPa, respectively. This improvement in the strength values reflected a finite element method to determine the ultimate strength of ship hull girder grillage system. As a result of calculations, it was reached significantly higher ultimate strength values (237,876 MPa) compared the non-processed situation (192,986 MPa) on ship hull girder grillage system.
This paper numerically investigates the effect of changes in the mechanical properties (displacement, strain, and stress) of the ultra-high-performance concrete (UHPC) without rebar and the reinforced concrete (RC) using steel re-bars. This reinforced concrete is mostly used in the concrete bridge decks. A mixture of sand, gravel, cement, water, steel fiber, superplasticizer, and micro silica was used to fabricate UHPC specimens. The extended finite element method as used in the ABAQUS software is applied for considering the mechanical properties of UHPC, RC, and ordinary concrete specimens. To calibrate the ABAQUS, some experimental tests have been carried out in the laboratory to measure the direct tensile strength of UHPC by the compressive-to-tensile load converting (CTLC) device. This device contains a concrete specimen and is mounted on a universal tensile testing apparatus. In the experiments, three types of mixed concrete were used for UHPC specimens. The tensile strength of these specimens ranges from 9.24 to 11.4 MPa, which is relatively high compared with ordinary concrete specimens, which have a tensile strength ranging from 2 to 5 MPa. In the experimental tests, the UHPC specimen of size 150×60×190 mm with a central hole of 75 mm (in diameter)×60 mm (in thickness) was specially made in the laboratory, and its direct tensile strength was measured by the CTLC device. However, the numerical simulation results for the tensile strength and failure mechanism of the UHPC were very close to those measured experimentally. From comparing the numerical and experimental results obtained in this study, it has been concluded that UHPC can be effectively used for bridge decks.
Woo Seok Jin;Pranabesh Sahu;Gyuri Kim;Seongrok Jeong;Cheon Young Jeon;Tae Gyu Lee;Sang Ho Lee;Jeong Seok Oh
Elastomers and Composites
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v.58
no.1
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pp.32-43
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2023
The worldwide use of polyurethane foam products generates large amounts of waste, which in turn has detrimental effects on the surroundings. Hence, finding an economical and environmentally friendly way to dispose of or recycle foam waste is an utmost priority for researchers to overcome this problem. In that sense, the glycolysis of waste flexible polyurethane foam (WFPF) from automotive seat cushions using different industrial-grade glycols and potassium hydroxide as a catalyst to produce recovered polyol was investigated. The effect of different molecular weight polyols, catalyst concentration, and material ratio (PU foam: Glycols) on the reaction conversion and viscosity of the recovered polyols was determined. The obtained recovered polyols are obtained as single or split-phase reaction products. Besides, the foaming characteristics and physical properties such as cell morphology, thermal stability, and compressive stress-strain nature of the regenerated flexible foams based on the recovered polyols were discussed. It was observed that the regenerated flexible foams displayed good seating comfort properties as a function of hardness, sag factor, and hysteresis loss compared to the reference virgin foam. With the growing demand for a sustainable and circular economy, a global valorization of glycolysis products from polyurethane scraps can be realized by transforming them into profitable substances.
The free vibration of temperature-dependent functionally graded plates (FGPs) resting on a viscoelastic foundation is investigated in this paper using a newly developed simple first-order shear deformation theory (FSDT). Unlike other first order shear deformation (FSDT) theories, the proposed model contains only four variables' unknowns in which the transverse shear stress and strain follow a parabolic distribution along the plates' thickness, and they vanish at the top and bottom surfaces of the plate by considering a new shape function. For this reason, the present theory requires no shear correction factor. Linear steady-state thermal loads and power-law material properties are supposed to be graded across the plate's thickness. Uniform, linear, non-linear, and sinusoidal thermal rises are applied at the two surfaces for simply supported FGP. Hamilton's principle and Navier's approach are utilized to develop motion equations and analytical solutions. The developed theory shows progress in predicting the frequencies of temperature-dependent FGP. Numerical research is conducted to explain the effect of the power law index, temperature fields, and damping coefficient on the dynamic behavior of temperature-dependent FGPs. It can be concluded that the equation and transformation of the proposed model are as simple as the FSDT.
This paper investigates the mechanical characteristics of reinforced lightweight soil (RLS) using waste fishing net. RLS used in this experiment consists of dredged soil taken from construction site of Busan New Port, cement, air foam and waste fishing net. Several series of laboratory tests were performed to compare behavior characteristics between RLS and unreinforced lightweight soil, in which the reinforced effect by waste fishing net on RLS was evaluated. The experimental results of RLS indicated that the stress-strain relationship and the unconfined compressive strength are strongly influenced by the content of waste fishing net. Compressive strength of RLS Increased with the increase in curing time and generally increased by adding waste fishing net, but the amount of increase in compressive strength was not proportional to the content of waste fishing net. In this test, the maximum increase in compressive strength was obtained at 0.25% content of waste fishing net. On the other hand, water content of RLS rapidly decreased up to 7 days of curing time and converged to constant value.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.42
no.2
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pp.187-195
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2022
This study investigated the effect of artesian pressure on mechanical properties of deep cement mixing (DCM)-improved specimens. Various laboratory tests such as unconfined compression test and scanning electron microscope (SEM) were conducted on DCM specimens which curied in a water tank with different artesian pressures. The artesian pressure was determined in consideration of the laboratory scale and the hydraulic gradient in field conditions. Results of experimental tests indicated that unconfined compressive strength, secant modulus, and unit weight of specimen decreased and water content tended to increase as an artesian pressure increased. The stress-strain behavior changed brittle to ductile behaviors as an artesian pressure increased. The outflow water from the water tank reacted with the phenolphthalein solution due to the leaching phenomenon of the improved specimen. SEM analysis also confirmed that a small amount of ettringite was formed between soil particles in the specimens with artesian pressure.
The instability and failure of engineered rock masses are influenced by crack initiation and propagation. Uniaxial compression and acoustic emission (AE) experiments were conducted on cracked sandstone. The effect of the crack's dip on the crack initiation was investigated using fracture mechanics. The crack propagation was investigated based on stress-strain curves, AE multi-parameter characteristics, and failure modes. The results show that the crack initiation occurs at the tip of the pre-fabricated crack, and the crack initiation angle increases from 0° to 70° as the dip angle increases from 0° to 90°. The fracture strength kcr is derived varies in a U-shaped pattern as β increased, and the superior crack angle βm is between 36.2 and 36.6 and is influenced by the properties of the rock and the crack surface. Low-strength, large-scale tensile cracks form during the crack initiation in the cracked sandstone, corresponding to the start of the AE energy, the first decrease in the b-value, and a low r-value. When macroscopic surface cracks form in the cracked sandstone, high-strength, large-scale shear cracks form, resulting in a rapid increase in the AE energy, a second decrease in the b-value and an abrupt increase in the r-value. This research has significant theoretical implications for rock failure mechanisms and establishment of damage indicators in underground engineering.
This study was conducted to investigate the quality characteristics of mungbean starch gels containing various hydrocolloids (carrageenan, locust bean gum and xanthan gum) during room temperature storage ($25^{\circ}C$ for 24, 48 and 72 hours). Carrageenan and xanthan gum reduced the pasting viscosity of mungbean starch, whereas the locust bean gum increased the viscosity. The melting characteristics, as assessed by DSC, showed that carrageenan and xanthan gum delayed gelatinization of mungbean starch and the locust bean gum had no effect on this property. The lightness (L) of the gels with the locust bean gum was similar to that without the additive during storage, whereas that with carrageenan and xanthan gum was higher than that without the additive. Hardness, chewiness and gumminess of the gels with the locust bean gum was higher than that without the additive during storage, whereas that with carrageenan and xanthan gum was lower than that without the additive. The rupture stress, rupture strain and rupture energy of the gels with carrageenan and xanthan gum was lower than that without the additive during storage, whereas that with the locust bean gum was similar to that without the additive. In the sensory evaluation, springiness and cohesiveness of the gels with carrageenan and xanthan gum were lower than those without the additive, whereas springiness, brittleness and hardness of the gels with the locust bean gum were higher than those without the additive. In addition, the overall acceptability of the gels with the locust bean gum improved. The above results showed that carrageenan and xanthan gum lowered the quality characteristics of the mungbean starch gel and the locust bean gum improved them. Thus, the addition of 0.5% locust bean gum is an appropriate method for improving the quality characteristics of mungbean starch gel.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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