Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.19
no.4
s.74
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pp.389-398
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2006
Structural optimization design has been developed with finite element analysis using effective and fast computational technology. Especially topology optimization design has been recently often used since it yields an optimal topology as well as an optimal shape under satisfied constraints. In general in finite element analysis, it is assumed that the structural material properties such as Young's modulus and Poisson's ratio and the variable of applied loading are fixed with obvious values in structure. However practically these values may take uncertainties because of environmental effect or manufactural error of structures. Therefore static or dynamic analysis of the structures may make an error, then finally it may have an influence on qualify of optimal design. In this study, the topology optimization design of structure is carried out using so called the interval finite element method, and the analysis method Is proposed. The results are also validated by comparing with conventional topology optimization results of density distribution method and finite element analysis results. The present method can be used to predict the optimal topology of linear elastostatic structures with respect to structural uncertainty of behavior.
Metamaterials are complexes of elements that can create properties not found in naturally occurring materials, such as changing the direction of forces, creating negative stiffness, or altering vibration and impact properties. In the case of wood pile metamaterials that are easy to manufacture and have excellent performance in reducing vibration and shock in the vertical direction, basic research on variables affecting shock transmission is needed to reduce shock. Although research on impact reduction according to geometrical factors is being conducted recently, studies on the effect of material variables on impact reduction are insufficient. In this paper, finite element analysis was carried out by variablizing the geometrical properties (lamination angle, diameter, length) and material properties (modulus of elasticity, specific gravity, Poisson's ratio) of wood pile cylinders. Through finite element analysis, the shape of the wooden pile cylinder delivering impact was confirmed, and the effect of each variable on the reduction of impact force and energy was considered through main effect diagram analysis, and frequency band analysis was performed through fast Fourier transform. proceeded In order to reduce the impact force and vibration, it was found that the variables affecting the contact area of t he cylinder have a significant effect.
Seungbeom Choi;Taehyun Kim;Saeha Kwon;Jin-Seop Kim
Tunnel and Underground Space
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v.33
no.3
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pp.109-125
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2023
Disposal repository for high-level radioactive waste secures its safety by means of engineered and natural barriers. The performance of these barriers should be tested and verified through various aspects in terms of short and/or long-term. KAERI has been conducting various in-situ demonstrations in KURT (KAERI Underground Research Tunnel). After completing previous experiment, a conceptual design of an improved in-situ experiment, i.e. K-COIN (KURT experiment of THMC COupled and INteraction), was established and detailed planning for the experiment is underway. Preliminary characterizations were conducted in KURT for siting a K-COIN test site. 15 boreholes with a depth of about 20 m were drilled in three research galleries in KURT and intact rock specimens were prepared for laboratory tests. Using the specimens, physical measurements, uniaxial compression, indirect tension, and triaxial compression tests were conducted. As a result, specific gravity, porosity, elastic wave velocities, uniaxial compressive strength, Young's modulus, Poisson's ratio, Brazilian tensile strength, cohesion, and internal friction angle were estimated. Statistical analyses revealed that there did not exist meaningful differences in intact rock properties according to the drilled sites and the depth. Judging from the uniaxial compressive strength, which is one of the most important properties, all the specimens were classified as very strong rock so that mechanical safety was secured in all the regions.
As the amount of construction wastes increase, reuse of recycled materials is being considered in research areas. While there are many experimental investigations focusing on development of mortar and concrete using the recycled materials, the studies regarding the fiber-reinforced cement composites (FRCCs) using recycled materials are still limited. In this paper, an experimental attempt has been made to investigate the effect of recycled fine aggregates and fly ash on the mechanical properties of PVA FRCCs. The cement and natural sand were respectively replaced by fly ash and recycled fine aggregates at two content levels, 25% and 50%. Ten types of PVA FRCCs mixes were fabricated and tested to investigate the flexural, compressive and direct tensile behaviors. The test results show that flexural, compressive and direct tensile strength were decreased with increase in fly ash content at all ages. In particular, flexural, compressive and direct tensile strengths of specimens, containing 50% recycled fine aggregates and 50% fly ash, showed the lowest values. The modulus of elasticity of specimens showed similar trend to the 28-day compressive strength. Poisson's ratio was increased with increase in fly ash and recycled fine aggregates content.
Park, Seunghun;Kim, Jin-Seop;Kim, Geon Young;Kwon, Sangki
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.21
no.4
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pp.501-518
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2019
The rock properties measured under in-situ geological condition can be used to increase the reliability in numerical simulations with regard to the long-term performance of a high-level waste repository. In this study, the change in mechanical properties of KURT (Korea atomic energy research institute Underground Research Tunnel) granite was evaluated under the simulated THM (Thermo-Hydro-Mechanical) coupled condition due to a deep geological formation in the disposal repository. The rock properties such as uniaxial compression strength, indirect tensile strength, elastic modulus and Poisson's ratio were measured under the coupled test conditions (M, HM, TM, THM). It was found that the mechanical properties of KURT granite is more susceptible to the change in saturation rather than temperature within the test condition of this study. The changes in uniaxial compression strength and indirect tensile strength from the rock samples of dried or saturated conditions showed the maximum relative error of about 20% and 13% respectively under the constant temperature condition. Therefore, it is necessary to use the material properties of rock measured under the coupled THM condition as input parameters for the numerical simulation of long-term performance assessment of a disposal repository
Park, Yun Jun;Yu, Duk Man;Choi, Jong Ho;Ahn, Jeong-Ho;Hong, Young Taik
Applied Chemistry for Engineering
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v.22
no.6
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pp.623-626
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2011
Various poly(amic acid)s were synthesized from PMDA/BPDA/p-PDA/ODA with different mole ratios and effectively converted into 4-component polyimide films by thermal imidization. The chemical structures and thermo-mechanical properties of polyimide films were examined using Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), thermo-gravimetric analyzer (TGA), thermo-mechanical analyzer (TMA), dynamic mechanical analyzer (DMA) and universal tensile machine (UTM). The tensile strength, modulus, and thermal properties of polyimides films increased with the amount of rigid PMDA and p-PDA, while the elongation and moisture absorption of polyimide films increased with the amount of flexible BPDA and ODA. One of 4-component polyimide films exhibited a similar coefficient of thermal expansion (CTE) value to that of copper when it was composed of PMDA : BPDA : p-PDA : ODA with the ratio of 5 : 5 : 4 : 6. Thus, this polyimide film could be useful for a base film for flexible copper clad laminates (FCCL) of flexible printed circuit boards.
Journal of the Society of Cosmetic Scientists of Korea
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v.41
no.4
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pp.315-324
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2015
In this study, we prepared liquid crystal emulsion composed of amphiphilic substance $C_{14-22}$ alcohol, $C_{12-20}$ alkyl glucoside, behenyl alcohol and studied liquid crystal emulsion of properties and in vitro skin permeation. The results of formulation experiments, the clear liquid crystalline structure was observed in the ratio of $C_{14-22}$ alcohol 0.8%, $C_{12-20}$ alkyl glucoside 3.2%, behenyl alcohol 4% in the formulation. The results of physical property measurements, the viscosity of liquid crystal emulsion and O/W emulsion applied as a control group was respectively $1871.26{\sim}1.15Pa{\cdot}s$, $1768.69{\sim}1.14Pa{\cdot}s$ and the shear stress of O/W emulsion was 178.68 ~ 909.18 Pa, that of liquid crystal emulsion was 190.45 ~ 919.38 Pa. The storage modulus of O/W emulsion was 3428.53 ~ 9157.45 Pa, that of liquid crystal emulsion was 4487.82 ~ 8195.59 Pa. The tan (delta) value of O/W emulsion which means a ratio of viscosity to elasticity was 0.43 ~ 0.19, and that of liquid crystal emulsion was 0.23 ~ 0.25. The water content value on the skin for liquid crystal emulsion was significantly higher from 1 h to 6 h compared with that of O/W emulsion and the transepidermal water loss on the skin was significantly superior in skin moisture loss suppression from 30 min to 4 h compared with that of O/W emulsion. The results of skin permeation using glycyrrhizic acid, the result of skin permeation amount of liquid crystal emulsion for 24 h was $64.58{\mu}g/cm^2$, that of O/W emulsion was $37.07{\mu}g/cm^2$, that of butylene glycol solution was $41.05{\mu}g/cm^2$. Hourly permeability results, it is showed that skin penetration effect of the liquid crystal emulsion increases after 8 h. These results suggest that liquid crystal emulsions are effective for skin moisturizing effect and function as potential efficacy ingredient delivery system for the transdermal delivery.
This study is to evaluate the physical and mechanical properties on the Ipseok-dae columnar joints of Mt. Mudeung National Park. For these purposes, physical and mechanical properties as well as discontinuity property on the Mudeungsan tuff, measurement of vibration and local meteorology around columnar joints, and ground deformation by self-weight of columnar joints were examined. For the physical and mechanical properties, average values were respectively 0.65% for porosity, 2.69 for specific gravity, 2.68 g/cm3 for density, and 2411 m/s for primary velocity, 323 MPa for uniaxial compressive strength, 81 GPa Young's modulus, and 0.25 for Poisson's ratio. For the joint shear test, average values were respectively 3.15 GPa/m for normal stiffness, 0.38 GPa/m for shear stiffness, 0.50 MPa for cohesion, and 35° for internal friction angle. The JRC standard and JRC chart was in the range of 4~6, and 1~1.5, respectively. The rebound value Q of silver schmidt hammer was 57 (≒ 90 MPa). It corresponds 20% of the uniaxial compressive strength of intact rock. The maximum vibration value around the Ipseok=dae columnar joints was in the range of 0.57 PPV (mm/s)~2.35 PPV (mm/s). The local meteorology of surface temperature, air temperature, humidity, and wind on and around columnar joints appeared to have been greatly influenced the weather on the day of measurement. For the numerical analysis of ground deformation due to its self-weight of the Ipseok-dae columnar joints, the maximum displacement of the right ground shows when the ground distance is approximately 2 m, while drastically decreased by 2~4 m, thereafter was insignificant. The maximum displacement of the middle ground shows when the ground distance is approximately 0~2 m, while drastically decreased by 3~10 m, thereafter was insignificant. The maximum displacement of the left ground shows when the ground distance is approximately 5~6 m, while drastically decreased by 6~10 m, thereafter was insignificant.
Lee, Je-Kyum;Choi, Won-Hyuk;Kim, Yangkyun;Lee, Sean Seungwon
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.23
no.6
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pp.469-484
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2021
Rock mass classification results have a great influence on construction schedule and budget as well as tunnel stability in tunnel design. A total of 3,526 tunnels have been constructed in Korea and the associated techniques in tunnel design and construction have been continuously developed, however, not many studies have been performed on how to assess rock mass quality and grade more accurately. Thus, numerous cases show big differences in the results according to inspectors' experience and judgement. Hence, this study aims to suggest a more reliable rock mass classification (RMR) model using machine learning algorithms, which is surging in availability, through the analyses based on various rock and rock mass information collected from boring investigations. For this, 11 learning parameters (depth, rock type, RQD, electrical resistivity, UCS, Vp, Vs, Young's modulus, unit weight, Poisson's ratio, RMR) from 13 local tunnel cases were selected, 337 learning data sets as well as 60 test data sets were prepared, and 6 machine learning algorithms (DT, SVM, ANN, PCA & ANN, RF, XGBoost) were tested for various hyperparameters for each algorithm. The results show that the mean absolute errors in RMR value from five algorithms except Decision Tree were less than 8 and a Support Vector Machine model is the best model. The applicability of the model, established through this study, was confirmed and this prediction model can be applied for more reliable rock mass classification when additional various data is continuously cumulated.
Le, Nghia Trong;Teparaksa, Wanchai;Mitachi, Toshiyuki;Kawaguchi, Takayuki
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.23
no.9
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pp.5-16
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2007
The simple linear elastic-perfectly plastic model with soil parameters $s_u,\;E_u$ and n of undrained condition is usually applied to predict the displacement of a constructed diaphragm wall(DW) on soft soils during excavation. However, the application of this soil model for finite element analysis could not interpret the continued increment of the lateral displacement of the DW for the large and deep excavation area both during the elapsed time without activity of excavation and after finishing excavation. To study the characteristic behaviors of soil behind the DW during the periods without excavation, a series of tests on soft Bangkok clay samples are simulated in the same manner as stress condition of soil elements happening behind diaphragm wall by triaxial tests. Three kinds of triaxial tests are carried out in this research: $K_0$ consolidated undrained compression($CK_0U_C$) and $K_0$ consolidated drained/undrained unloading compression with periodic decrement of horizontal pressure($CK_0DUC$ and $CK_0UUC$). The study shows that the shear strength of series $CK_0DUC$ tests is equal to the residual strength of $CK_0UC$ tests. The Young's modulus determined at each decrement step of the horizontal pressure of soil specimen on $CK_0DUC$ tests decreases with increase in the deviator stress. In addition, the slope of Critical State Line of both $CK_0UC$ and $CK_0DUC$ tests is equal. Moreover, the axial and radial strain rates of each decrement of horizontal pressure step of $CK_0DUC$ tests are established with the function of time, a slope of critical state line and a ratio of deviator and mean effective stress. This study shows that the results of the unloading compression triaxial tests can be used to predict the diaphragm wall deflection during excavation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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