Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.16
no.4
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pp.42-49
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2012
Critical speed of high thrust liquid rocket engine turbopump is obtained through a rotordynamic analysis and a unloaded turbopump test is peformed for validation of the numerical model. The first critical speed predicted by the numerical analysis is correlated well with the test result for the bearing unloaded rotor condition only considering mass unbalance load. Using the previous rotordynamic model, critical speed variation is estimated as a function of varied bearing stiffness due to pump and turbine radial loads with relative angle difference. From the numerical analysis, it is found that the relative angle difference of pump and turbine radial loads greatly affects the critical speed. However, additional axial load reduces the effect derived from the relative angle difference of radial loads.
Mona M. Fawzy;Fattouh M. F. Shaker;Alia M. Ayyash;Mohamed M. Salem
Steel and Composite Structures
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v.50
no.1
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pp.1-13
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2024
The objective of this research is to study experimentally and numerically the behavior of steel beam columns with openings. Although the presence of openings in the beam columns is inevitable, finding ways to maintain strength is crucial. The studied parameters are opening shape, the ratio between opening height to specimen height, the percentage of opening location from support to beam column length, and web slenderness. Experimental tests are conducted including twelve specimens to study the effect of these parameters and record failure load, load deflection curve, and stress strain curve. Two failure modes are observed: local and flexural buckling. Interaction curves plotted from finite element model analysis are also used to expand the parametric study. Changing the location of the opening can decrease failure load by up to 7% and 60% in both normal and moment ratios respectively. Increasing the opening dimension can lead to a drop in the axial ratio by up to 29% and in the moment ratio by up to 74%. The weakest beam column behavior is noticed in specimens with rectangular openings which results from uneven and concentrated stresses around the opening. The main results of this research illustrate that the best location for opening is at 40% - 50% from beam column support. Also, it is advisable to use circular openings instead of rectangular openings in specimens having slender webs because moment ratios are raised by 85% accompanied by a rise in normal ratios by 9%.
Zheng Tan;Wei-hui Zhong;Bao Meng;Li-min Tian;Yao Gao;Yu-hui Zheng;Hong-Chen Wang
Steel and Composite Structures
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v.50
no.1
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pp.107-122
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2024
Following an internal column failure, adjacent double-span beams above the failed column will play a critical role in the load transfer and internal force redistribution within the remaining structure, and the span-to-depth ratios of double-span beams significantly influence the structural resistance capacity against progressive collapse. Most existing studies have focused on the collapse-resistant performances of single-story symmetric structures, whereas limited published works are available on the collapse resistances of multi-story steel frames with unequal spans. To this end, in this study, numerical models based on shell elements were employed to investigate the structural behavior of multi-story steel frames with unequal spans. The simulation models were validated using the previous experimental results obtained for single- and two-story steel frames, and the load-displacement responses and internal force development of unequal-span three-story steel frames under three cases were comprehensively analyzed. In addition, the specific contributions of the different mechanism resistances of unequal-span, double-span beams of each story were separated quantitatively using the energy equilibrium theory, with an aim to gain a deeper level of understanding of the load-resistance mechanisms in the unequal-span steel frames. The results showed that the axial and flexural mechanism resistances were determined by the span ratio and linear stiffness ratio of double-span beams, respectively.
In this paper, the non-linear behavior of masonry-infill and bare steel frames using different beam-column connections under monotonic static loading was investigated through a parametric study. Numerical models were carried out using one- and two-dimensional modelling to validate the experimental results. After validating the experimental results by using these models, a parametric study was carried out to model the behavior of these frames using flushed, extended, and welded connections. The results showed that using the welded or extended connection is more efficient than using the flushed type in masonry-infilled steel frames, since the lateral capacities, initial stiffness, and toughness have been increased by 155%, 601%, and 165%, respectively in the case of using welded connections compared with those used in bare frames. The FE investigation was broadened to study the influence of the variation of the uniaxial column loads on the lateral capacities of the bare/infill steel frames. As the results showed when increasing the amount of uniaxial loading on the columns, whether in tension or compression, causes the lateral load capacity of the columns to decrease by 26% for welded infilled steel frames. Finally, the influence of using different types of beam-to-column connections on the vertical capacities of the bare/infill steel frames under settlement effect was also studied. As a result, it was found that, the vertical load capacity of all types of frames and with using any type of connections is severely reduced, and this decrease may reach 62% for welded infilled frames. Furthermore, the flushed masonry-infilled steel frame has a higher resistance to the vertical loads than the flushed bare steel frame by 133%.
Open-ended steel pipe piles have outside frictional force and inside frictional resistance in which blocked soil acts on the inside of the steel pipe during installation. It is expected that the ultimate load will change depending on the inside and outside resistance. And, if the ground on which the piles were constructed is clay soil, it is predicted that it will have effect on the negative skin friction caused by the ground settlement. Therefore, in this study, the behavior according to the inside and outside resistance characteristics of steel pipe piles was analyzed numerically, and the frictional force distribution, axial load and settlements before and after the occurrence of ground settlement were calculated. As a result of the analysis, the inside frictional resistance had less influence than the outside frictional resistance. However, inside frictional resistance is considered to be one of the important factors considering the effect on the overall pile behavior, and both resistance factors need to be considered in the design process.
Proceedings of the Korean Powder Metallurgy Institute Conference
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1997.04a
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pp.34-34
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1997
The effect of alloying mode and porosity on the axial tension-tension fatigue behavior of a P/M steel of nominal composition Fe-4w/o Ni-1.5w/o Cu-O.5w/o Mo-O.5w/o C has been evaluated. Alloying modes utilized were elemental powder mixing, partial alloying(distaloy) and prealloying by water atomization; in each case the carbon was introduced as graphite prior to sintering. Powder compacts were sintered($1120{\circ}C$/30 min.) in 7Sv/o $H_2$/25v/o $N_2$ to densities in the range 6.77-7.2 g/$cm^3$. The dependence of fatigue limit response on alloying mode and porosity was interpreted in terms of the constituent phases and the pore and fracture morphologies associated with the three alloying modes. For the same nominal composition, the three alloying modes resulted in different sintered microstructures. In the elemental mix alloy and the distaloy, the major constituent was coarse and fine pearlite, with regions of Ni-rich ferrite, Ni-rich martensite and Ni-rich areas. In contrast, the prealloy consisted primarily of martensite by with some Ni-rich areas. From an examination of the fracture surfaces following fatigue testing it was concluded that essentially all of the fracture surfaces exhibited dimpled rupture, characteristic of tensile overload. Thus, the extent of growth of any fatigue cracks prior to overload was small. The stress amplitude for the three alloying modes at 2x$l0^6$ was used for the comparison of fatigue strengths. For load cycles <3x$l0^5$, the prealloy exhibited optimum fatigue response followed by the distaloy and elemental mix alloy, respectively. At load cycles >2x$l0^6$, similar fatigue limits were exhibited by the three alloys. It was concluded that fatigue cracks propagate primarily through pores, rather than through the constituent phases of the microstructure. A decrease in pore SIze improved the S-N behavior of the sintered steel.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.29
no.2
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pp.169-177
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2016
Sliding slab track system, which consists of low friction sliding layer between track slab and bridge deck, is recently devised to reduce track-bridge interaction effect of continuously welded rail(CWR) without applying special devices such as rail expansion joint(REJ). In this study, a series of track-bridge interaction analyses of a long-span bridge with sliding slab track and REJ are performed respectively and the results are compared. The bridge model includes PSC box girder bridge with 9 continuous spans, and steel-concrete composite girder bridge with 2 continuous spans. The total length of the bridge model is 1,205m, and the maximum spacing between the two fixed supports is 825m. Analyses results showed that the sliding slab track system is highly effective on interaction reduction since lower rail additional axial stress is resulted than REJ application. Additionally, horizontal reaction forces in fixed supports were also reduced compared to the results of REJ application. However, higher slab axial forces were developed in the sliding slab track due to the temperature load. Therefore, track slab section of the sliding slab track system should be carefully designed against slab axial forces.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.22
no.2
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pp.617-624
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2021
Concrete-filled steel tubular columns can improve the strength and deformation capacity of structures, thereby enabling the development of efficient structures. The Korean design standard (KDS41) regarding concrete-filled steel tubular structures, established by the architectural institute of Korea in 2005, was revised in 2009 and 2016. The objective was to understand the compressive strengths and deformation capacity of stub columns for concrete-filled square steel tubes under uniaxial compression and validate the KDS41's standard code for necessary corrections. Experiments were conducted on 26 specimens with parameters, such as the width-thickness ratio of cold-formed square tubes. The following values of the stub columns for concrete-filled square steel tubes were obtained: compressive strengths, relationship between the axial load and axial displacement, and failure modes. An analysis of these results enabled an understanding of the concrete-filled effect and the influence of the wide-thickness ratio. The compressive strengths of filled concrete saw a 9% increase compared to a state of uniaxial stress, which must be noted in a future edition of KDS41. After benchmarking the results regarding square steel tubes generated by cold forming to the guidelines provided by the KDS41, the KDS41's value of 2.26 for the limiting width-to-thickness ratio for the compact section was found to be inflated. With a safety concern, this paper proposes a more conservative value of 1.35.
Statement of the problem: Under anatomical limitations on maxillary posterior region, a poor crown-to root ratio acting on dental implants can result in undesirable stress in surrounding bone, which in turn can cause bone defects and eventual failure of implants. Purpose: The purpose is to compare stress distribution due to different crown-root ratio and effect of splinting between natural teeth and implants in maxillary molar area under different loads. Material and methods: Analysis of stress arising supporting bone of the natural teeth and the implant was made with 3-dimensional finite element method. The model simulated naturel teeth was made with 2nd premolar and 1st molar in the maxillary molar region (Model T). The model simulated implants placed on same positions with two parallel implants of Straumann Dental Implant cemented abutment (Model I). Each model was designed in different crown-root ratio (0.7:1, 1:1, 1.25:1) and set cement type gold crown to make it non-splinted or splinted. After that, 300 N force was loaded to each model in five ways (Load 1: middle of occlusal table, Load 2: middle of buccal cusp, Load 3: middle of lingual cusp, Load 4: horizontal load to buccal cusp of anterior abutment only, Load 5: horizontal load to middle of buccal cusp of each abutment), and stress distribution was analyzed. Results and conclusion: On all occasions, stress was concentrated at the cervical region of the implant. Under load 1, 2 and 3, stress was not increased even when crown-root ratio increases, but under load 4 and 5, when crown-root ratio increases, stress also increased. There was difference in stress values between natural teeth and implants when crown-root ratio gradually increases; In case of natural teeth, splinting decreased stress under vertical and horizontal loads. In case of implants, splinting decreased stress under vertical loads 1,2 and 3, but increased maximal stress under loads 2 and 3. Under horizontal loads, splinting decreased stress, however the effect of splinting decreased under load 5 than load 4. Furthermore, the stress was increased, when crown-root ratio is 1.25:1. Clinical implications: This limited finite element study suggests that the stress on supporting bone may be increased under non-axial loads and poor crown-root ratio. Under poor crown-root ratio, excessive stress was generated at the cervical region of the implant, and decreased splinting effect for stress distribution, which can be related to clinical failure.
Choi, Young Hwan;Kim, Kang Su;Choi, Sung Mo;Lee, Sangsup
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.19
no.6
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pp.575-585
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2007
In this study, a new design equation was presented for square CFTs with high-strength concrete subjected to axial compression and bending. In a previous study, a design equation for square CFTs with normal strength concrete was proposed. A parametric study by fiber analysis was performed taking the width-to-thickness ratio (b/t) and the relative concrete strength to the yield strength of the steel tube (fck/Fy) as the main parameters of this study to determine the maximum moment and the axial load at the maximum moment. A new constitutive model for concrete was adopted for fiber analysis in order to take into account the effect of high-strength concrete. The results of the parametric study were embedded into the method which was presented in the previous study to formulate a new design equation that can be easily used for estimating the strength of square CFTs with high-strength concrete.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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