We looked at how the damping qualities of epoxy composites changed when different amounts of graphite nanoplatelets (GNP) were added, from 0% to 6% by weight. A mix of free and forced vibration tests helped us find the key GNP content that makes the damper ability better the most. We also created a Representative Volume Element (RVE) model to guess how the alloys would behave mechanically and checked these models against testing data. An Artificial Neural Network (ANN) was also used to guess how these compounds would react to motion. With proper hyperparameter tweaking, the ANN model showed good correlation (R2=0.98) with actual data, indicating its ability to predict complex material behavior. Combining these methods shows how GNPs impact epoxy composite mechanical properties and how machine learning might improve material design. We show how adding GNPs to epoxy composites may considerably reduce vibration. These materials may be used in industries that value vibration damping.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.25
no.1
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pp.37-49
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2012
A structural model of the SNF(spent nuclear fuel) disposal canister for the PWR(pressurized water reactor) for about 10,000 years long term deposition at a 500m deep granitic bedrock repository has been developed through various structural safety evaluations. The SNF disposal baskets of this canister model have the array type whose four square cross section baskets stand parallel to each other and symmetrically with respect to the center of the canister section. However, whether this developed structural model of the SNF disposal canister is optimal is not determinable yet. Especially, there is still a problem in weight-reduction of the canister. The cross section shape of the SNF basket should be changed to solve this problem. There are two ways in changing the cross section shape of the SNF basket; the one is to rotate the cross section itself and the other is to change the cross section shape as other shape different from the square cross section. The previous study shows that the canister with $30{\sim}35^{\circ}$ rotated basket array is structurally more stable than the canister with un-rotated parallel basket array. However, whether this canister with rotated basket array is optimal is not either determinable as yet, because it is not revealed that the canister with other cross section different from the square cross section is structurally more stable than other canisters. Therefore, the structural analysis of the SNF disposal canister with other cross section shape which is also symmetric with respect to the canister center planes is very necessary. The structural analysis of the canister with various cross section shape basket array in which each basket is arrayed symmetrically with respect to the center planes is carried out in this paper. The structural analysis result shows that the SNF disposal canister with circular cross section shape baskets located symmetrically with respect to the center of the canister section is structurally more stable than the previously developed SNF disposal canister with the parallel basket array.
Recently, more and more steel-deck structural system for two story roads has been adopted as a solution against traffic congestion in urban area, mainly because of fast construction, reduced self-weight, higher stiffness and efficient erection compared to that of concrete decks. The main objective is to study on the unit-elective optimal type and proportioning of a rational steel-deck system for two story roads using an optimum design program specifically developed for steel-deck systems. The objective function for the optimization is formulated as a minimum cost design problem. The behavior and design constraints are formulated based on the ASD(Allowable Stress Design) criteria of the Korean Bridge Design Code. The optimum design program developed in this study consists of two steps - the first step for the optimization of the steel box or plate girder viaducts, and the second step for the optimum design of the steel-decks with closed or open ribs. A grid model is used as a structural analysis model for the optimization of the main girder system, while the analysis of the deck system is based on the Pelican-Esslinger method. The SQP(Sequential Quadratic Programming) is used as the optimization technique for the constrained optimization problem. By using a set of application examples, the rational type related to the optimized steel-deck system designs is investigated by comparing the cost effectiveness of each type. Based on the results of the investigation it may be concluded that the optimal linear box girder and deck system with closed ribs may be utilized as one of the most rational and economical viaducts in the construction of two-story roads.
Kyung, Kab Soo;Lee, Sung Jin;Park, Jin Eun;Cha, Cheol Jun
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.24
no.6
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pp.613-625
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2012
Since railway bridge frequently have a chance of passing train load close to design load, it is necessary to reflect sufficiently fatigue property in early design phase for many structural details. Nevertheless fatigue cracks are reported partly in deck plate girder of railway steel bridge because of the weight and arrangement of axial load acting on railway bridge, the application of improper structural details for fatigue problem etc.. One of main cause for fatigue crack at the welded part of upper flange and web is caused by the eccentricity action of train load due to the difference of center to center spacing between the main girder supporting sleeper and the rail acting train load. For the existing deck plate girder of railway steel bridge, in this study, field survey, field measurement and a series of structural analysis were performed. In addition, the characteristics of structural behavior, the causes and repair/ retrofit of fatigue crack were examined in the target bridge.
The load carrying capacity of a bridge needs to be properly assessed to operate the bridge safely and maintain it efficiently. For the evaluation of load carrying capacity considering the current state of a bridge, static and quasi-static loading tests with weight-controlled heavy trucks have been conventionally utilized. In these tests, the deflection (or strain) of the structural members loaded by the controlled vehicles are measured and analyzed. Using the measured data, deflection (or strain) correction factor and impact correction factor are calculated. These correction factors are used in the enhancement of the load carrying capacity of a bridge, reflecting the real state of a bridge. However, full or partial control of the traffic during the tests and difficulties during the installment of displacement transducers or strain gauges may cause not only inconvenience to the traffic but also the increase of the logistics cost and time. To overcome these difficulties, an alternative method is proposed using an excited response part of full measured ambient acceleration data by ordinary traffic on a bridge without traffic control. Based on the modal properties extracted from the ambient vibration data, the initial finite element (FE) model of a bridge can be updated to represent the current real state of a bridge. Using the updated FE model, the deflection of a bridge akin to the real value can be easily obtained without measuring the real deflection. Impact factors are obtained from pseudo-deflection, which is obtained by double-integration of the acceleration data with removal of the linear components on the acceleration data. For validation, a series of tests were carried out on a steel plategirder bridge of an expressway in Korea in four different seasons, and the evaluated load carrying capacities of the bridge by the proposed method are compared with the result obtained by the conventional load test method.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.17
no.3
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pp.319-332
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2004
Due to their high strength to weight ratios and excellent durability, fiber reinforced polymer(FRP) is widely used in construction industries. In this paper, a shape optimum design of FRP bridge decks haying pultruded cellular cross-section is presented. In the problem formulation, an objective function is selected to minimize the volumes. The cross-sectional dimensions and material properties of the deck of FRP bridges are used as the design variables. On the other hand, deflection limits in the design code, material failure criteria, buckling load, minimum height, and stress are selected as the design constraints to enhance the structural performance of FRP decks. In order to efficiently treat the optimization process, the cross-sectional shape of bridge decks is assumed to be a tube shape. The optimization process utilizes an improved Genetic Algorithms incorporating indexing technique. For the structural analysis using a three-dimensional finite element, a commercial package(ABAQUS) is used. Using a computer program coded for this study, an example problem is solved and the results are presented with sensitivity analysis. The bridge consists of a deck width of 12.14m and is supported by five 40m long steel girders spaced at 2.5m. The bridge is designed to carry a standard DB-24 truck loading according to the Standard Specifications for Highway Bridges in Korea. Based on the optimum design, viable cross-sectional dimensions for FRP decks, suitable for pultrusion process are proposed.
An, Sung-Ho;Kim, Geun-Young;Hwang, Bo-Kyung;Kim, Tae-Soo
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.22
no.5
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pp.55-63
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2018
Recently, the use of duplex stainless steel which with a two-phase microstructure (equal mixture of ferrite and austenite) has been increased in a variety of industrial fields due to higher strength leading to weight saving, greater corrosion resistance(particularly, stress corrosion cracking) and lower price. However, currently, stainless steels are not included in the structural materials of Korean Building Code and corresponding design standards are not specified. In this paper, experimental studies have been performed to investigate the structural behaviors of duplex stainless steel (STS329FLD) bolted connection with two bolts for providing the design data. Main variables are shear connection type (single shear and double shear) and end distance parallel to the direction of applied force. Fracture modes at the final step of test were classified into typical block shear fracture, tensile fracture and curling. Curling occurrence in single shear connection led to ultimate strength drop by up to 20%. Test strengths were compared with those by current design specifications such as AISC/AISI/KBC, EC3 and AIJ and proposed equations by existing studies. For specimens with no curling, Clement & Teh's equation considering the active shear plane provided a higher strength estimation accurancy and for specimens with curling, Kim & Lim's equation considering strength reduction by curling was also overly unconservative to predict the ultimate strength of curled connections.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.11
no.4
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pp.79-88
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2011
Recently, complex-shaped tall buildings represented by 3T(Twisted, Tapered, Tilted) are planed largely. A diagrid structural system is one of the most widely used structural system for complex-shaped tall buildings because of its structural efficiency and formativeness. Plans for tilted tall buildings are largely presented because of beauty of a sculpture and many of buildings use diagrid structural systems. Lateral displacements of tilted tall buildings are induced by not only lateral loads but also self weight. Therefore, reduction of lateral responses of tilted tall buildings is as important as typical tall buildings. In this study, a smart TMD is introduced to reduce seismic responses of tilted diagrid tall buildings and its control performance is evaluated. MR damper is employed for the smart TMD and ground-hook controller is used as a control algorithm for the smart TMD. 100-story tall building is used as an example structure. Control performances of uncontrolled case, controlled case with TMD and controlled case with smart TMD are compared and investigated. Numerical simulation has shown that smart TMD presented good control performance for displacement response but acceleration response was not controlled well.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.29
no.6
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pp.555-562
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2016
Seismic design of braced frames that simultaneously considers economic issues and structural performance represents a rather complicated engineering problem, and therefore, a systematic and well-established methodology is needed. This study proposes a multi-objective seismic design method for an inverted V-braced frame with suspended zipper struts that uses the non-dominated sorting genetic algorithm-II(NSGA-II). The structural weight and the maximum inter-story drift ratio as the objective functions are simultaneously minimized to optimize the cost and seismic performance of the structure. To investigate which of strength- and performance-based design criteria for braced frames is the critical design condition, the constraint conditions on the two design methods are simultaneously considered (i.e. the constraint conditions based on the strength and plastic deformation of members). The linear static analysis method and the nonlinear static analysis method are adopted to check the strength- and plastic deformation-based design constraints, respectively. The proposed optimal method are applied to three- and six-story steel frame examples, and the solutions improved for the considered objective functions were found.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.26
no.5
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pp.373-384
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2013
This paper is the second paper among two papers which constitute the paper about the rigid body dynamic analysis on the spent nuclear fuel disposal canister under accidental drop and impact to the ground. This paper performed the numerical study on the rigid body dynamic analysis. Through this study the impulsive force which is occurring in the spent nuclear fuel disposal canister under accidental drop and impact to the ground and required for the structural safety design of the canister is computed numerically. The main content of this numerical study is about the technical method how to compute the impulsive forces occurring in the canister under accidental drop and impact to the ground by using the commercial rigid body dynamic analysis computer codes. On the basis of this study the impulsive force which is occurring in the canister in the case of collision with the ground is numerically computed. This numerically computed impulsive force is increasing as the canister weight is increasing, and the canister falls plumb down and collides with the ground in three types according to the analysis results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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