Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.11a
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pp.844-847
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2006
In this paper, the forced vibration of damped composite beam with I-type section was analyzed. The damping material was assumed to have complex Young's modulus. Damped composite beam structure could be modeled using equivalent beam elements with less D.O.F. rather than solid elements. Finite element method for 6 D.O.F. equivalent beam element was formulated and programmed using complex values. The results of frequency responses revealed good agreement with those of NASTRAN in both Euler beam model and Timoshenko beam model.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.66
no.1
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pp.15-24
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2024
Unlike artificially created homogeneous materials, the process of calculating the elastic modulus of natural soil involves the possibility of errors. Because the stress-strain behavior of soil is nonlinear, the secant modulus of elasticity is often used based on 1/2 of the stress at failure. Since soil has the property of changing its elastic modulus depending on the confining pressure, numerical analysis models that analyze its behavior inevitably include complex elements. The hyperbolic model, which relatively accurately simulates the behavior immediately after loading in soft ground, assumes that the stress-strain curve of the consolidated undrained triaxial test is hyperbolic and requires the slope of the tangent line at the starting point. However, the slope of the initial tangent in the stress-strain curve obtained from an actual triaxial test is difficult to have regularity according to changes in confining pressure. Additionally, due to the characteristics of a hyperbola, even small changes in related factors cause large changes in the hyperbola. Therefore, there is a lot of randomness in the process of calculating model parameters from the triaxial test results, which causes large differences in the results. Therefore, the method of calculating the initial elastic modulus by the consolidation test presented in this study is also used to verify the method by the triaxial test. It can be applied. However, since this study was applied to only one sample showing typical consolidation characteristics, it is necessary to check samples with various physical properties in the future.
A damped Timoshenko beam element is introduced for the DOF-efficient forced vibration analysis of beam-like structures coated with viscoelastic damping layers. The rotary inertia as well as the shear deformation is considered, and the damping effect of viscoelastic layers is modeled as an imaginary loss factor in the complex shear modulus. A complex composite cross-section of structures is replaced with a homogeneous one by means of the transformed section approach in order to construct an equivalent single-layer finite element model capable of employing the standard $C^{0}$-continuity basis functions. The numerical reliability and the DOF-efficiency are explored through the comparative numerical experiments.
The lattice-spring-based synthetic rock mass model (LS-SRM) technique has been extensively employed in large open-pit mining and underground projects in the last decade. Since the LS-SRM requires a complex and time-consuming calibration process, a robust approach was developed using the Response Surface Methodology (RSM) to optimize the calibration procedure. For this purpose, numerical models were designed using the Box-Behnken Design technique, and numerical simulations were performed under uniaxial and triaxial stress states. The model input parameters represented the models' micro-mechanical (lattice) properties and the macro-scale properties, including uniaxial compressive strength (UCS), elastic modulus, cohesion, and friction angle constitute the output parameters of the model. The results from RSM models indicate that the lattice UCS and lattice friction angle are the most influential parameters on the macro-scale UCS of the specimen. Moreover, lattice UCS and elastic modulus mainly control macro-scale cohesion. Lattice friction angle (flat joint fiction angle) and lattice elastic modulus affect the macro-scale friction angle. Model validation was performed using physical laboratory experiment results, ranging from weak to hard rock. The results indicated that the RSM model could be employed to calibrate LS-SRM numerical models without a trial-and-error process.
Frame structures with viscoelastic (VE) dampers mounted on them are considered in this paper. It is the aim of this paper to compare the dynamic characteristics of frame structures with VE dampers when the dampers are modelled by means of different models. The classical rheological models, the model with the fractional order derivative, and the complex modulus model are used. A relatively large structure with VE dampers is considered in order to make the results of comparison more representative. The formulae for dissipation energy are derived. The finite element method is used to derive the equations of motion of the structure with dampers and such equations are written in terms of both physical and state-space variables. The solution to motion equations in the frequency domain is given and the dynamic properties of the structure with VE dampers are determined as a solution to the appropriately defined eigenvalue problem. Several conclusions concerning the applicability of a family of models of VE dampers are formulated on the basis of results of an extensive numerical analysis.
This paper introduces a spectrally formulated element method (SEM) for the beams treated with passive constrained layer damping (PCLD). The viscoelastic core of the beams has a complex modulus that varies with frequency. The SEM is formulated in the frequency domain using dynamic shape functions based on the exact displacement solutions from progressive wave methods, which implicitly account for the frequency-dependent complex modulus of the viscoelastic core. The frequency response function and dynamic responses obtained by the SEM and the conventional finite element method (CFEM) are compared to evaluate the validity and accuracy of the present spectral PCLD beam element model. The spectral PCLD beam element model is found to provide very reliable results when compared with the conventional finite element model.
The response of an embedded body to dynamic loads is greatly influenced by the reactions of the soil to the motion of the body. The properties of the soil surrounding embedded bodies (e.g., piles) may be different than those of the far-field for a variety of reasons. It may be weakened or strengthened according to the method of installation of piles, or altered due to applying one of the soil strengthening technique (e.g., electrokinetic treatment of soil, El Naggar et al. 1998). In all these cases, the shear strength of the soils and its shear modulus vary gradually in the radial direction, resulting in a radially inhomogeneous soil layer. This paper describes an analysis to compute vertical and torsional dynamic soil reactions of a radially inhomogeneous soil layer with a circular hole. These soil reactions could then be used to model the soil resistance in the analysis of the pile vibration under dynamic loads. The soil layer is considered to have a piecewise, radial variation for the complex shear modulus. The model is developed for soil layers improved using the electrokinetic technique but can be used for other situations where the soil properties vary gradually in the radial direction (strengthened or weakened). The soil reactions (impedance functions) are evaluated over a wide range of parameters and compared with those obtained from other solutions. A parametric study was performed to examine the effect of different soil improvement parameters on vertical and torsional impedance functions of the soil. The effect of the increase in the shear modulus and the width of the improved zone is investigated.
Jeon, Min-Kyung;Kwon, Tae-Hyuk;Park, Jin-Sung;Shin, Jennifer H.
Geomechanics and Engineering
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v.12
no.5
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pp.849-862
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2017
With growing interests in using bacterial biopolymers in geotechnical practices, identifying mechanical properties of soft gel-like biopolymers is important in predicting their efficacy in soil modification and treatment. As one of the promising candidates, dextran was found to be produced by Leuconostoc mesenteroides. The model bacteria utilize sucrose as working material and synthesize both soluble and insoluble dextran which forms a complex and inhomogeneous polymer network. However, the traditional rheometer has a limitation to capture in situ properties of inherently porous and inhomogeneous biopolymers. Therefore, we used the particle tracking microrheology to characterize the material properties of the dextran polymer. TEM images revealed a range of pore size mostly less than $20{\mu}m$, showing large pores > $2{\mu}m$ and small pores within the solid matrix whose sizes are less than $1{\mu}m$. Microrheology data showed two distinct regimes in the bacterial dextran, purely viscous pore region of soluble dextran and viscoelastic region of the solid part of insoluble dextran matrix. Diffusive beads represented the soluble dextran dissolved in an aqueous phase, of which viscosity was three times higher than the growth medium viscosity. The local properties of the insoluble dextran were extracted from the results of the minimally moving beads embedded in the dextran matrix or trapped in small pores. At high frequency (${\omega}>0.2Hz$), the insoluble dextran showed the elastic behavior with the storage modulus of ~0.1 Pa. As frequency decreased, the insoluble dextran matrix exhibited the viscoelastic behavior with the decreasing storage modulus in the range of ${\sim}0.1-10^{-3}Pa$ and the increasing loss modulus in the range of ${\sim}10^{-4}-1\;Pa$. The obtained results provide a compilation of frequency-dependent rheological or viscoelastic properties of soft gel-like porous biopolymers at the particular conditions where soil bacteria produce bacterial biopolymers in subsurface.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2001.05a
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pp.205-210
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2001
In this work, virtual material characterization of 3D orthogonal woven composites is performed to predict the elastic properties by a full scale FEA. To model the complex geometry of 3D orthogonal woven composites, an accurate unit structure is first prepared. The unit structure includes warp yarns, filler yarns, stuffer yams and resin regions and reveals the geometrical characteristics. For this virtual experiments by using finite element analysis, parallel multifrontal solver is utilized and the computed elastic properties are compared to available experimental results and the other analytical results. It is founded that a good agreement between material properties obtained from virtual characterization and experimental results. Using the method of this virtual material characterization, the effects of inconsistent filler yarn distribution on the in-plane shear modulus and filler yarn waviness on the transverse Young's modulus are investigated. Especially, the stiffness knockdown of 3D woven composite structures is simulated by virtual characterization. Considering these results, the virtual material characterization of composite materials can be used for designing the 3D complex composite structures and may supplement the actual experiments.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2003.03a
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pp.95-102
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2003
Corestone rock mass has complex characters because it is made up of stronger and stiffer corestone in a weaker and softer matrix. Physical model corestone rock mass made up of stiffer corestone in weaker matrix were tested in uniaxial compression and numercal modelling analysis The result of the uniaxial compression tests showed that increasing the corestone proportion generally increased the modulus of deformation. And the strength decreased in the lower corestone proportion, but it increased in the higher proportion(45%, 65% corestone by volume). The strength and the modulus of deformation were not affected by different size coretone on the same proportion. The result of the numerical modelling analysis showed similar trend compared with the result of the result of the uniaxial compression test. But though the result of th uniaxial compression test is similar to the result of the numerical modelling analysis, it's unreasonalble to apply the results of this paper to in situ corestone rock mass. So mere laboratory tests including triaxial test and the other numerical program analyses are necessary to apply the results to in situ corestone mass
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[게시일 2004년 10월 1일]
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