A definite shut-in pressure in hydraulic fracturing techniques is needed for obtaining the correct information on the in-situ stress regimes in rock masses. The relation between the behaviour of hydraulically induced fractures and the condition of remote stress is considered to be major reasons of an ambiguous shut-in pressure in hydraulic fracturing pressure-time history curves. This paper describes the results of a series of numerical analyses carried out using UDEC(Universal Distinct Element Code, Itasca), which is based on the discrete element method, to compare several methods for determining the shut-in pressure during hydraulic fracturing. The fully coupling of hydraulic and mechanical analysis was applied, and the effects of four different discontinuity geometries in numerical modelling have been investigated for this purpose. The effects of different remote stress regimes and different physical properties on hydraulic fracture propagation have been also analyzed. Several methods for obtaining shut-in pressure from the ambiguous shut-in curves have been applied to all the numerical models. The graphical intersection methods, such as (P vs. t) method, (P vs. log(t)) method, (log(P) vs. log(t)) method, give smaller values of the shut-in pressure than the statistical method, (dP/dt vs. P). Care should be taken in selecting a method for shut-in pressure, because there can be existed a stress anomaly around the wellbore and fracturing from the wellbore by a constant flow rate may have a more complicate mechanism.
In this paper, we have studied dynamics of fractional order mathematical model of malaria transmission for two groups of human population say semi-immune and non-immune along with growing stages of mosquito vector. The present fractional order mathematical model is the extension of integer order mathematical model proposed by Ousmane Koutou et al. For this study, Atangana-Baleanu fractional order derivative in Caputo sense has been implemented. In the view of memory effect of fractional derivative, this model has been found more realistic than integer order model of malaria and helps to understand dynamical behaviour of malaria epidemic in depth. We have analysed the proposed model for two precisely defined set of parameters and initial value conditions. The uniqueness and existence of present model has been proved by Lipschitz conditions and fixed point theorem. Generalised Euler method is used to analyse numerical results. It is observed that this model is more dynamic as we have considered all classes of human population and mosquito vector to analyse the dynamics of malaria.
Pokharel, Tilak;Yao, Huang;Goldsworthy, Helen M.;Gad, Emad F.
Steel and Composite Structures
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v.20
no.5
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pp.1067-1085
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2016
Recent research on steel moment-resisting connection between steel beams and concrete filled steel tubes has shown that there are considerable advantages to be obtained by anchoring the connection to the concrete infill within the tube using anchors in blind bolts. In the research reported here, extensive experimental tests and numerical analyses have been performed to study the anchorage behaviour of cogged deformed reinforcing bars within concrete filled circular steel tubes. This data in essential knowledge for the design of the steel connections that use anchored blind bolts, both for strength and stiffness. A series of pull-out tests were conducted using steel tubes with different diameter to thickness ratios under monotonic and cyclic loading. Both hoop strains and longitudinal strains in the tubes were measured together with applied load and slip. Various lead-in lengths before the bend and length of tailed extension after the bend were examined. These dimensions were limited by the dimensions of the steel tube and did not meet the requirements for "standard" cogs as specified in concrete standards such as AS 3600 and ACI 318. Nevertheless, all of the tested specimens failed by bar fracture outside the steel tubes. A comprehensive 3D Finite Element model was developed to simulate the pull-out tests. The FE model took into account material nonlinearities, deformations in reinforcing bars and interactions between different surfaces. The FE results were found to be in good agreement with experimental results. This model was then used to conduct parametric studies to investigate the influence of the confinement provided by the steel tube on the infilled concrete.
Santillan, D.;Saleteb, E.;Toledob, M.A.;Granados, A.
Computers and Concrete
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v.15
no.1
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pp.103-126
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2015
Thermal effects are significant loads for assessing concrete dam behaviour during operation. A new methodology to estimate thermal loads on concrete dams taking into account processes which were previously unconsidered, such as: the evaporative cooling, the night radiating cooling or the shades, has been recently reported. The application of this novel approach in combination with a three-dimensional finite element method to solve the heat diffusion equation led to a precise characterization of the thermal field inside the dam. However, that approach may be computationally expensive. This paper proposes the use of a new one-dimensional model based on an explicit finite difference scheme which is improved by means of the reported methodology for computing the heat fluxes through the dam faces. The improved model has been applied to a case study where observations from 21 concrete thermometers and data of climatic variables were available. The results are compared with those from: (a) the original one-dimensional finite difference model, (b) the Stucky-Derron classical one-dimensional analytical solution, and (c) a three-dimensional finite element method. The results of the improved model match well with the observed temperatures, in addition they are similar to those obtained with (c) except in the vicinity of the abutments, although this later is a considerably more complex methodology. The improved model have a better performance than the models (a) and (b), whose results present larger error and bias when compared with the recorded data.
Recently, a lot of research has been done on the analysis of axial vibrations of homogeneous and FG nanotubes (nanorods) with various aspects of vibrations that have been fully mentioned in history. However, there is a lack of investigation of the dynamic internal resonances of FG nanotubes (nanorods) between them. This is one of the essential or substantial characteristics of nonlinear vibration systems that have many applications in various fields of engineering (making actuators, sensors, etc.) and medicine (improving the course of diseases such as cancers, etc.). For this reason, in this study, for the first time, the dynamic internal resonances of FG nanorods in the simultaneous presence of large-amplitude size dependent behaviour, inertial and shear effects are investigated for general state in detail. Such theoretical patterns permit as to carry out various numerical experiments, which is the key point in the expansion of advanced nano-devices in different sciences. This research presents an AFG novel nano resonator model based on the axial vibration of the elastic nanorod system in terms of derivation from large-amplitude size dependent internal modals interactions. The Hamilton's Principle is applied to achieve the basic equations in movement and boundary conditions, and a harmonic deferential quadrature method, and a multiple scale solution technique are employed to determine a semi-analytical solution. The interest of the current solution is seen in its specific procedure that useful for deriving general relationships of internal resonances of FG nanorods. The numerical results predicted by the presented formulation are compared with results already published in the literature to indicate the precision and efficiency of the used theory and method. The influences of gradient index, aspect ratio of FG nanorod, mode number, nonlinear effects, and nonlocal effects variations on the mechanical behavior of FG nanorods are examined and discussed in detail. Also, the inertial and shear traces on the formations of internal resonances of FG nanorods are studied, simultaneously. The obtained valid results of this research can be useful and practical as input data of experimental works and construction of devices related to axial vibrations of FG nanorods.
Grouted sleeve splice (GSS) is an effective type of connection applied in the precast concrete structures as it has the advantages of rapidly assembly and reliable strength. To decrease the weight and cost of vertical rebar connection in precast shear walls, a light-weight sleeve is designed according to the thick-cylinder theory. Mechanical behaviour of the light-weighted GSS is investigated through experimental analysis. Two failure modes, such as rebar fracture failure and rebar pull-out failure, are found. The load-displacement curves exhibit four different stages: elastic stage, yield stage, strengthening stage, and necking stage. The bond strength between the rebar and the grout increases gradually from outer position to inner position of the sleeve, and it reaches the maximum value at the centre of the anchorage length. A finite element model predicting the mechanical properties of the light-weighted GSS is developed based on the Concrete Damage Plasticity (CDP) model and the Brittle Cracking (BC) model. The effect of the rebar anchorage length is significant, while the increase of the thickness of sleeve and the grout strength are not very effective. A model for estimating ultimate load, including factors of inner diameter of sleeves, anchorage length, and rebar diameter, is proposed. The proposed model shows good agreement with various test data.
A demand of marine outfall system has been much increased for the effective disposal of the wastewater due to population and industrial development at the coastal areas. The outfall system discharges primary or secondary treated effluent into the coastline, or at the deep water, or between these two. The discharge is carried out by constructing a pipeline on the sea bed with a diffuser or with a tunnel, risers and appropriate. The effluent, which has a density similar to that of fresh water, rises to the sea surface forming plume or jet, together with entraining the surrounding salt water and becomes very dilute. Thus there have been growing interests about plume behaviour around the outfall system. Plume or jet discharged from single-port or multi-port diffuser might cause certain impacts on coastal environment. Near field mixing characteristics of discharged water field using CORMIX model have been studied for effective outfall design various conditions on ambient current, depth, flow rate, effluent concentration, diffuser specification, port specification etc.. This kind of analysis is necessary to deal with water quality problems caused by the ocean discharge. The analyzed result was applied to the Pusan Jungang effluent outfall system plan.
The basic mechanism of lubrication between the piston ring and the cylinder wall is developed theoretically under the assumption of a reciprocating and dynamically loaded slider-bearing pair of parabolic form and smooth plane. A numerical computation for the prediction in cyclic variations of film thickness, net lubricant flow and frictional behaviour is attempted, and the influenec on the performance characteristics due to the ring height, ring face radius of curvature and the degree of offset, is also examined. The computational procedures develeped for a single ring system are extended and applied further to the complex problem of a ring pack system. It is well known that the ring pressure which is the total load on a ring, can be obtained from either an experimental measurement or a gas flow analysis. In this work, the latter of a gas low analysis method was used to calculate the pressures. It is remarked that the work done was focused on the role of flow continuity and lubricant starvation within the ring pack lubrication.
The seismic events in Northern Italy, May 2012, have revealed the seismic vulnerability of typical Italian precast industrial buildings. The aim of this paper is to present a seismic fragility model for Italian RC precast buildings, to be used in earthquake loss estimation and seismic risk assessment by comparing two building typologies and three different codes: D.M. 3-03-1975, D.M. 16-01-1996 and current Italian building code that has been released in 2008. Based on geometric characteristics and design procedure applied, ten different building classes were identified. A Monte Carlo simulation was performed for each building class in order to generate the building stock used for the development of fragility curves trough analytical method. The probabilistic distributions of geometry were mainly obtained from data collected from 650 field surveys, while the material properties were deduced from the code in place at the time of construction or from expert opinion. The structures were modelled in 2D frameworks; since the past seismic events have identified the beam-column connection as the weakest element of precast buildings, two different modelling solutions were adopted to develop fragility curves: a simple model with post processing required to detect connection collapse and an innovative modelling solution able to reproduce the real behaviour of the connection during the analysis. Fragility curves were derived using both nonlinear static and dynamic analysis.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.8
no.1
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pp.41-48
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1988
Fatigue phenomena usually occur in the structures such as bridges subjected to repeated loading with increasing service year. Especially, applied stresses happen to approach to design values due to rapid increase of traffic volume and vehicle weight, so it gives serious effects to the stability of bridges. Therefore, in this paper, the data for load carrying capacity of bridges obtained from field tests were analysed statistically to investigate bridge behaviour and a basic approach to estimate the impact factor was proposed after a comparison war made between field-test data and the calculated values obtained by using matrix structural analysis method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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