Jilei Hu;Luoyan Wang;Wenxiang Shen;Fengjun Wei;Rendong Guo;Jing Wang
Earthquakes and Structures
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v.25
no.2
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pp.135-148
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2023
The structure-soil-structure interaction (SSSI) effect in adjacent structures may affect the liquefaction-induced damage of shallow foundation structures. The existing studies only analysed the independent effects on the structural dynamic response but ignored the coupling effect of height difference and distance of adjacent structures (F) on liquefied foundations on the dynamic response. Therefore, this paper adopts finite element and finite difference coupled dynamic analysis method to discuss the effect of the F on the seismic response of shallow foundation structures. The results show that the effect of the short structure on the acceleration response of the tall structure can be neglected as F increases when the height difference reaches 2 times the height of the short structure. The beneficial effect of SSSI on short structures is weakened under strong seismic excitations, and the effect of the increase of F on the settlement ratio gradually decreases, which causes a larger rotation hazard. When the distance is smaller than the foundation width, the short structure will exceed the rotation critical value and cause structural damage. When the distance is larger than the foundation width, the rotation angle is within the safe range (0.02 rad).
Bin Du;Bo Hao;Xuejing Duan;Wanjiong Wang;Mohammad Roohani
Geomechanics and Engineering
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v.38
no.4
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pp.397-408
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2024
Buried box culverts are crucial elements of transportation infrastructure. However, their behavior under foundation loads is not well understood, indicating a significant gap in existing research. This study aims to bridge this gap by conducting a detailed numerical analysis using the Finite Element Method and Abaqus software. The research evaluates the behavior of buried box culverts by examining their interaction with surrounding soil and the pressures from surface foundation loads. Key variables such as embedment depth, culvert wall thickness, concrete material properties, foundation pressure, foundation width, soil elastic modulus, and friction angle are altered to understand their combined effects on structural response. The methodology employs a validated 2D numerical model under plane strain conditions. Parametric studies highlight the critical role of culvert depth (H) in influencing earth pressure and bending moments. Foundation pressure and width demonstrate complex interdependencies affecting culvert behavior. Variations in culvert materials' elastic modulus show minimal impact. It was found that the lower wall of the buried culvert experiences higher average pressure compared to the other two walls, due to the combined effects of the culvert's weight and down drag forces on the side walls. Furthermore, while the pressure distribution on the top and bottom walls is parabolic, the pressure on the side walls follows a different pattern, differing from that of the other two walls.
Yulong Bao;Wanming Zhai;Chengbiao Cai;Shengyang Zhu;Yongle Li
Wind and Structures
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v.37
no.5
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pp.361-373
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2023
Suspended monorail trains (SMTs) are sensitive to crosswinds, and instantaneous aerodynamic characteristics of two SMTs passing each other under crosswinds are particularly complicated. In this study, a pressure measurement test is carried out on stationary train-bridge models arranged in several critical positions. In addition, a validated moving CFD model is developed with the dynamic and sliding mesh method to explore the realistic train movement effects. The time-varying aerodynamic forces and surface pressure distribution on, as well as the flow field around running trains and bridges during trains passing each other, are computed in detail to illustrate the shielding effect of the upstream train. The results reveal that when two trains begin to pass each other, the side force coefficient of the downstream train reduces significantly to negative values due to the wind shielding effect of the upstream train. The moving model successfully captures that airflow is separated on the middle line of the head car for the suspended monorail train, and the surrounding bluff double-beams can significantly affect the flow structures around the train. The wind shielding effect of the upstream train on the downstream train will weaken as the relative yaw angle decreases.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.10
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pp.1963-1970
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1992
An oscillatory motion of the natural convection in a two dimensional, partially divided square enclosure heated from below, and fitted with a partition is investigated numerically. The enclosure was composed of the lower hot and the upper cold horizontal walls and the adiabatic vertical walls, and a partition was situated perpendicularly at the mid-height of the one vertical insulated wall. The governing equations are solved by using the finite element method with Galerkin method. The computations were performed with the variation of the length and the thermal conductivity of the partition, and Rayleigh number based on the temperature difference between horizontal walls and the enclosure height with water(Pr=4.95). also, the effect of the inclination angles was studied for the transition to the oscillating flow. As the results, it was found that the intensity and frequency of oscillatory motion were affected significantly by the Rayleigh number and the length of partition. The effect of oscillatory motion was weaken with the increase of the thermal conductivity of partition. The inclination angle for the transition was raised with the increase of Rayleigh number and the length of partition.
Kim, Wook;Lee, Joung-Ki;Baik, Hong-Koo;Heo, Seong-Gang
Journal of Korea Foundry Society
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v.12
no.3
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pp.220-229
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1992
The degree of purification and the macrostructure of high purity aluminium were studied through the alternate stirring method in order to improve the nonuniformity of solute concentration in the unidirectional stirring method. The $2^3$ factorial design was done to examine the effects of experimental factors more qualitatively. In the relatively low stirring speed of 1500 rpm with alternate stirring mode, the uniform solute profile and refined grain structure were obtained due to strong washing effect and turbulent fluid flow. It was induced by the transition of the momentum boundary layer by alternation of the stirrer. It was concluded from this study that the alternate stirring mode was more effective to obtain the uniformity of solute even in the stirring speed of 1500 rpm. But the degree of purification decreased below the critical alternating period. When 2N(99.8wt.%) aluminium was used as the starting material the morphology of solid-liquid showed the cellular shape and the columnar grains were inclined to the direction of rotation. This inclined grain growth resulted from the difference of relative velocities of solid and liquid. The inclined angle was increased as the stirring speed increased and solidification proceeded. In the case of 4N aluminium, there was no inclined grain growth and it was confirmed from the macrostructure and SEM work that the morphology of solid-liquid interface was planar. From the factorial design, it was found that the alternate stirring mode showed poorer purification effect than that of unidirectional stirring mode at low speed(500 rpm). In addition, the factor that had the most significant effect on the degree of purification was the stirring speed.
A numerical method is presented in this paper, for buckling analysis of thin arbitrary stiffened composite cylindrical shells under axial compression. The stiffeners can be placed inside and outside of the shell. The shell and stiffeners are operated as discrete elements, and their interactions are taking place through the compatibility conditions along their intersecting lines. The governing equations of motion are obtained based on Koiter's theory and solved by utilizing the principle of the minimum potential energy. Then, the buckling load coefficient and the critical buckling load are computed by solving characteristic equations. In this formulation, the elastic and geometric stiffness matrices of a single curved strip of the shell and stiffeners can be located anywhere within the shell element and in any direction are provided. Moreover, five stiffened composite shell specimens are made and tested under axial compression loading. The reliability of the presented method is validated by comparing its numerical results with those of commercial software, experiments, and other published numerical results. In addition, by using the ANSYS code, a 3-D finite element model that takes the exact geometric arrangement and the properties of the stiffeners and the shell into consideration is built. Finally, the effects of Poisson's ratio, shell length-to-radius ratio, shell thickness, cross-sectional area, angle, eccentricity, torsional stiffness, numbers and geometric configuration of stiffeners on the buckling of stiffened composite shells with various end conditions are computed. The results gained can be used as a meaningful benchmark for researchers to validate their analytical and numerical methods.
Flow and spray characteristics are critical factors that affect the performance and exhaust emissions of a direct injection diesel engine. It is well known that the swirl control system is one of the useful ways to improve the fuel consumption and emission reduction rate in a diesel engine. However, until now there have only been a few studies on the effect of flow on spray. Because of this, the relationship between the flow pattern in the cylinder and its influence on the behavior of the spray is in need of investigation. First, in-cylinder flow distributions for 4-valve cylinder head of DI (Direct Injection) Diesel engine were investigated under steady-state conditions for different SCV (Swirl Control Valve) opening angles using a steady flow rig and 2-D LDV (Laser Doppler Velocimetry). It was found that swirl flow was more dominant than that of tumble in the experimented engine. In addition, the in-cylinder flow was quantified in terms of swirl/tumble ratio and mean flow coefficient. As the SCV opening angle was increased, high swirl ratios more than 3.0 were obtained in the case of SCV -70° and 90°. Second, spray characteristics of the intermittent injection were investigated by a PDA (Phase Doppler Anemometer) system. A Time Dividing Method (TDM) was used to analyze the microscopic spray characteristics. It was found that the atomization characteristics such as velocity and SMD (Sauter Mean Diameter) of the spray were affected by the in-cylinder swirl ratio. As a result, it was concluded that the swirl ratio improves atomization characteristics uniformly.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.15
no.6
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pp.2037-2047
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1991
Strength is not simply a single given value but rather is a statistical one with certain distribution functions. This is because it is affected by many unknown factors such as size, shape, stress distribution, and combined stresses. In this study, a model of loss probability is proposed in view of the fact that one of the fundamental configuration of nature is hexagonal, for example, the shapes of lattice unit, grain, and so on. The model sues the concept of loss of certain element in place of Jayatilaka-Trustrum's length and angle of cracks. Using this model, the loss probability due to each loss of certain elements is obtained. Then, the maximum principal stress is calculated by the finite element method at the centroid of the elements under the tensile load for the 4,095 models of analysis. Finally, the failure probability of the brittle materials is obtained by multiplying the loss probability by the ratio of the maximum principal stress to theoretical tensile strength. Comparison of the result of the Jayatilaka-Trustrum's model and the proposed model shows that the failure probabilities by the two methods are in good agreement. Further, it is shown that the parametric relationship of semi-crack lengths for various degrees of birittleness can be determined. Therefore, the analysis of the failure probability suing the proposed model is shown to be promising as a new method for the study of the failure probability of birttle materials.
Kim, Young-Hwan;Park, Hong-Gyu;Oh, Byeong-Yun;Kim, Byoung-Yong;Paek, Kyeong-Kap;Seo, Dae-Shik
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2008.04a
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pp.42-42
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2008
Considerable attention has been focused on the applications of flexible liquid crystal (LC)-based displays because of their many potential advantages, such as portability, durability, light weight, thin packaging, flexibility, and low power consumption. To develop flexible LCDs that are capable of delivering high-quality moving images, like conventional glass-substrate LCDs, the LC device structure must have a stable alignment layer of LC molecules, concurrently support uniform cell gaps, and tightly bind two flexible substrates under external tension. However, stable LC molecular alignment has not been achieved because of the layerless LC alignment, and consequently high-quality images cannot be guaranteed. To solve these critical problems, we have proposed a PDMS pixel-wall based bonding method via the IB irradiation was developed for fasten the two substrates together strongly and maintain uniform cell gaps. The effect of the IB irradiation on PDMS with PI surface was also evaluated by side structure configuration and a result of x-ray photoelectron spectroscopic analysis of PDMS interlayer as a function of binder with substrates. large number of PDMS pixel-walls are tightly fastened to the surface of each flexible substrate and could maintain a constant cell gap between the LC molecules without using any other epoxy or polymer. To enhance the electro-optical performance of the LC device, we applied an alignment method that creates pretilt angle on the PI surface via ion beam irradiation. Using this approach, our flexible LCDs have a contrast ratio of 132:1 and a response time of about 15 ms, resulting in highly reliable electro-optical performance in the bent state, comparable to that of glass-substrate LCDs.
To perform performance-based seismic design of buildings, it is necessary clear goal for usage and stability after an earthquake. To clear this goal, it requires a review of the constituent material of the building and, in particular, a member used as an indicator of the residual strain is useful. There are more usage of prestressed concrete because of prestressing steel witch has characteristics of the origin-oriented. In this study, the goal is estimating of residual strain on the prestressed concrete beam member. The expression for angle of deformed prestressed concrete beam member was obtained from using of curvature on the critical section and the equivalent plastic hinge length based on 'equivalent plastic hinge length method'. Considering the balance of strength and deformation conditions, suitable analysis values were derived from 'split Element Method'. Through various parametric studies, various factors affecting the residual strain were decided. Based on the results of this study, it is expected many researches will be proceed in the future.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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