[Purpose] This study compared differences in trabecular bone architecture and strength caused by jump and running exercises in rats. [Methods] Ten-week-old male Wistar rats (n=45) were randomly assigned to three body weight-matched groups: a sedentary control group (CON, n=15); a treadmill running group (RUN, n=15); and a jump exercise group (JUM, n=15). Treadmill running was performed at 25 m/min without inclination, 1 h/day, 5 days/week for 8 weeks. The jump exercise protocol comprised 10 jumps/day, 5 days/week for 8 weeks, with a jump height of 40 cm. We used microcomputed tomography to assess microarchitecture, mineralization density, and fracture load as predicted by finite element analysis (FEA) at the distal femoral metaphysis. [Results] Both jump and running exercises produced significantly higher trabecular bone mass, thickness, number, and fracture load compared to the sedentary control group. The jump and running exercises, however, showed different results in terms of the structural characteristics of trabecular bone. Jump exercises enhanced trabecular bone mass by thickening the trabeculae, while running exercises did so by increasing the trabecular number. FEA-estimated fracture load did not differ significantly between the exercise groups. [Conclusion] This study elucidated the differential effects of jump and running exercise on trabecular bone architecture in rats. The different structural changes in the trabecular bone, however, had no significant impact on trabecular bone strength.
Ultra high performance concrete (UHPC) can be used in the UHPC-steel composite structures especially for bridge structures to achieve high stiffness and high fatigue resistance with low self-weight. The structural performances of UHPC-steel composite slabs subjected to hogging moment have a significant influence on the global stiffness and durability of UHPC-steel composite structures. In order to study the structural behaviors of non-steam-cured UHPC-steel composite slabs subjected to negative moment, five composite slabs combined the thin UHPC layers to steel plates via shear stud connecters with the diameter of 16mm were fabricated and tested under negative moment. The test program aimed to investigate the effect of stud spacing and longitudinal reinforcement ratios on the failure mode, load-deflection behaviors, cracking patterns, bond-slips, and carrying capacities of composite slabs subjected to negative moment. In addition, direct tensile tests for the dog-bone UHPC specimens with longitudinal reinforcement bars were carried out to study the effect of reinforcement bars on the tensile strength of UHPC in the thin structure members. Based on the experimental results, analytical models were also developed to predict the cracking load and ultimate load of UHPC-steel composite slabs subjected to negative moment.
Kim, Yeon Ho;Park, Joo Shin;Lee, Dong Hun;Seo, Jung Kwan
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.13
no.1
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pp.511-525
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2021
Aluminium outfitting is widely used in offshore platforms owing to its anti-corrosion ability and its light weight. However, various standards exist (ISO, NORSOK and EN) for the design of handrails used in offshore platforms, and different suppliers have different criteria. This causes great confusion for designers. Moreover, the design load required by the standards is not clearly defined or is uncertain. Thus, many offshore projects reference previous project details or are conservatively designed without additional clarification. In this study, all of the codes and standards were reviewed and analysed through prior studies, and data on variable factors that directly and indirectly affect the handrails applied to offshore platforms were analysed. A total of 50 handrail design load scenarios were proposed through deterministic and probabilistic approaches. To verify the proposed new handrail design load selection scenario, structural analysis was performed using SACS (offshore structural analysis software). This new proposal through deterministic and probabilistic approaches is expected to improve safety by clarifying the purpose of the handrails. Furthermore, the acceptance criteria for probabilistic scenarios for handrails suggest considering the frequency of handrail use and the design life of offshore platforms to prevent excessive design. This study is expected to prevent trial and error in handrail design while maintaining overall worker safety by applying a loading scenario suitable for the project environment to enable optimal handrail design.
The combination of replaceable and repairable properties in structures has introduced new approach called "Low Damage Design Structures". These structural systems are designed in such a way that through self-centering, primary members and specific connections neither suffer damage nor experience permanent deformations after being exposed to severe earthquakes. The purpose of this study is the seismic assessment of steel moment resisting frames with the aid of rigid rocking cores. To this end, three steel moment resisting frames of 4-, 8-, and 12-story buildings with and without rocking cores were developed. The nonlinear static analysis and incremental dynamic analysis were performed by considering the effects of the vertical and horizontal components of 16 strong ground motions, including far-fault and near-fault arrays. The results reveal that rocking systems benefit from better seismic performance and energy dissipation compared to moment resisting frames and thus structures experience a lower level of damage under higher intensity measures. The analyses show that the interstory drift in structures equipped with stiff rocking cores is more uniform in static and dynamic analyses. A uniform interstory drift distribution leads to a uniform distribution of the bending moment and a reduction in the structure's total weight and future maintenance costs.
The building sector has seen a huge increase in the use of lightweight concrete recently, which might result in saving in both cost and time. As a result, the study has been done on various types of concrete, including lightweight (LC), heavyweight (HC), and ordinary concrete (OC), to understand how they react to earthquake loads. The comparisons between their responses have also been taken into account in order to acquire the optimal reaction for various materials in building work. The findings demonstrate that LWC building models are more earthquake-resistant than the other varieties due to the reduction in building weight which can be a curial factor in the resistance of earthquake forces. Another crucial factor that was taken into study is the combination of various types of concrete [HC, LC, and OC] in the structural components. On the other hand, the bending moments and shear forces of LC had reduced to 17% and 19%, respectively, when compared to OC. Otherwise, the bending moment and shear force demand responses in the HC model reach their maximum values by more than 34% compared to the reference model OC. In addition, the results show that the LCC-OCR (light concrete column and ordinary concrete roof) and OCC-LCR (ordinary concrete for the column and light concrete for the roof) models' responses have fewer values than the other types.
Field monitoring techniques offer an attractive approach for understanding bridge behavior under in-service loads. However, the investigations on bridge behavior under high-speed train load using field monitoring data are limited. The focus of this study is to explore the structural behavior of an in-service long-span steel truss arch bridge based on field monitoring data. First, the natural frequencies of the structure, as well as the train driving frequencies, are extracted. Then, the train-induced bearing displacement and structural strain are explored to identify the effects of train loads and bearings. Subsequently, a sensitivity analysis is performed for the impact factor of strain responses with respect to the train speed, train weight, and temperature to identify the fundamental issues affecting these responses. Additionally, a similar sensitivity analysis is conducted for the peak acceleration. The results indicate that the friction force in bearings provides residual deformations when two consecutive trains are in opposite directions. In addition, the impact factor and peak acceleration are primarily affected by train speed, particularly near train speeds that result in the resonance of the bridge response. The results can provide additional insight into the behavior of the long-span steel truss bridges under in-service high-speed train loads.
One of the biggest problems in structural steel calculation is the design of structures using the lowest possible material weight, making this a slow and costly process. To achieve this objective, several optimization methods have been developed and tested. Nevertheless, a method that performs very efficiently when applied to different problems is not yet available. Based on this assumption, this work proposes a hybrid metaheuristic algorithm for geometric and dimensional optimization of space trusses, called Simulated Squirrel Search Algorithm, which consists of an association of the well-established neighborhood shifting algorithm (Simulated Annealing) with a recently developed promising population algorithm (Squirrel Search Algorithm, or SSA). In this study, two models are tried, being respectively, a classical model from the literature (25-bar space truss) and a roof system composed of space trusses. The structures are subjected to resistance and displacement constraints. A penalty function using Fuzzy Logic (FL) is investigated. Comparative analyses are performed between the Squirrel Search Algorithm (SSSA) and other optimization methods present in the literature. The results obtained indicate that the proposed method can be competitive with other heuristics.
Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering
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v.46
no.3
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pp.69-77
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2023
Recently, carbon composites have been applied to various fields. However, carbon composites have not been applied to the fishing vessel field due to its structure standards centered on glass composites. In this study, a structural strength evaluation study was conducted for the application of carbon composites in the fishing vessel field. Hull minimum thickness verification test and hull joint verification test were conducted. Compared to glass composites, the verification was based on equivalent or better performance. The results show that carbon composites can reduce the weight by 20% compared to glass composites. For hull joints, it was necessary to increase the thickness of the joint seam by the thickness of the hull to apply carbon composite. Through this study, a standard for the application of carbon composites to fishing vessel can be established.
Eubin Kim;Gyubin Kim;Eun Gyo Park;Seok-Hwan Oh;Tae-Seong Roh;Jin Yeon Cho
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.26
no.5
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pp.371-383
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2023
Artillery gun tube experiences very high pressure according to the blast of propellant charge. Therfore, it is essential to guarantee the structural safety of the gun tube. On the other hand, weight reduction of gun tube is also a crucial design factor since the agility of artillery vehicle directly leads to its survivability. In this line of thought, this work proposed an efficient design procedure which utilizes the convex combination of breech pressure and projectile base pressure time histories. Its efficiency is verified by comparing with other procedures. Other procedures utilize different computed max pressure rather than the convex combination design pressure. Additionally, a transient analysis is carried out considering the projectile movement and the corresponding pressure distribution through the newly developed ABAQUS user-subroutine. The analysis confirms the structural safety of the lightweight gun tube designed by the proposed method.
Claudio H. B. de Resende;Luiz F. Martha;Afonso C. C. Lemonge;Patricia H. Hallak;Jose P. G. Carvalho;Julia C. Motta
Advances in Computational Design
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v.8
no.4
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pp.327-351
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2023
This article explores how multi-objective optimization techniques can be used to design cost-effective and structurally optimal spatial steel structures, highlighting that optimizing performance can be as important as minimizing costs in real-world engineering problems. The study includes the minimization of maximum horizontal displacement, the maximization of the first natural frequency of vibration, the maximization of the critical load factor concerning the first global buckling mode of the structure, and weight minimization as the objectives. Additionally, it outlines a systematic approach to selecting the best design by employing four different evolutionary algorithms based on differential evolution and a multi-criteria decision-making methodology. The paper's contribution lies in its comprehensive consideration of multiple conflicting objectives and its novel approach to simultaneous consideration of bracing system, column orientation, and commercial profiles as design variables.
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