Frictional forces between soil and structural elements are of vital importance for the foundation engineering. Although numerous studies were performed about the soil-structure interaction in recent years, the approximate relations proposed in the first half of the 20th century are still used to determine the frictional forces. Throughout history, wood was often used as friction piles. Steel has started to be used in the last century. Today, alternatively these materials, FRP (fiber-reinforced polymer) piles are used extensively due to they can serve for long years under harsh environmental conditions. In this study, various ratios of low plasticity clays (CL) were added to the sand soil and compacted to standard Proctor density. Thus, soils with various internal friction angles (${\phi}$) were obtained. The skin friction angles (${\delta}$) of these soils with FRP, which is a composite material, steel (st37) and wood (pine) were determined by performing interface shear tests (IST). Based on the data obtained from the test results, a chart was proposed, which engineers can use in pile design. By means of this chart, the skin friction angles of the soils, of which only the internal friction angles are known, with FRP, steel and wood materials can be determined easily.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.05a
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pp.1128-1133
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2003
A gas driven heat pump (GHP) core design comprises internal combustion engine, compressors incorporated to a cooling/heating system, rubber mountings and belt transmissions. Main excitation farces are generated by an engine, compressors themselves and belt fluctuation. It leads to high vibration level of the mount that can cause damage of GHP elements. Therefore an appropriate design of the mounting system is crucial in terms of reliability and vibration reduction. In this paper oscillation of the engine mount is explored both experimentally and analytically. Experimental analysis of natural frequencies and operational frequency response of the GHP engine mounting system enables to create simplified model for numerical and analytical investigations. It is worked out criteria f3r vibration abatement of the isolated structure. Influence of bracket stiffness between engine and compressors, suspension locations and damper performance is investigated. Ways to reduce excitation forces and improve dynamic performance of the engine-compressor mounting system are considered from these analyses. Implementation of the proposed approach permits to choose appropriate rubber mountings and their location as well as joining elements design A phase matching technique can be employed to control forces from main exciters. It enables to changing vibration response of the structure by control of natural modes contribution. Proposed changes lead to significant vibration reduction and can be easily utilized in engineering practice.
Cho Yong Hyeon;Lee Ki Won;Kwon Sam Young;Kim Do Won
Proceedings of the KSR Conference
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2004.10a
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pp.1353-1359
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2004
There are many massive components added on the railway overhead-line. These components cause larger fluctuations of contact forces, which are due to wave reflections and Doppler effects when a high-speed train passes those. In this paper, mathematical formula are derived for the relation between the added mass and contact force fluctuations. Using the derived formula, we calculate a added mass on the overhead-line which cause amplification factor to become 2.5. German design practice requires that amplification factor due to the wave reflection should be less than 2.5 to obtain good current collection performance. To show the validity of the formula, simulation results are compared with the calculation results. Simulation results showed that contact force fluctuations grow rapidly when an added mass is larger than the calculation result. Therefore, the simple form of formula can be used for estimating maximum added mass not to cause large fluctuations of contact forces in early design phase.
The application of the mechanized tunnelling has been extended in recent years. There are at present different approaches that are used in the design of segmental tunnel linings supported in mechanized tunnels. Even though segmental lining is utilized for mechanized tunnels, its behaviour is still quite unclear under in situ stress and there is a lack of data regarding the distribution of stresses inside segmental linings. So far no single effective calculation method exists for segmental lining design. The lack of clear solutions makes the use of segmental lining to be more expensive due to the adoption of greater safety factors. Therefore, a particular attention must be given in order to obtain data from monitored tunnels which permits to validate design methods. In this study, strain measurements, which were conducted during the construction of twin tunnels in the Bologna-Florence railway line, have been presented. The behaviour of segmental lining during the excavation and the influence of a new tunnel excavation on an existing tunnel have been shown through the measured data. The data are then compared with the results obtained with Einstein and Schwartz's method and Duddeck and Erdmann's method, which permits to highlight the fact that the two analytical methods underestimate structural forces induced in the segmental lining and then must be used with caution.
Base isolation technology has been accepted as a feasible and attractive way in improving seismic resistance of structures. The seismic design of new seismically isolated structures is mainly governed by the Uniform Building Code (UBC-97) published by the International Conference of Building Officials. In the UBC code, the distribution formula of the inertial (or lateral) forces leads to an inverted triangular shape in the vertical direction. It has been found to be too conservative for most isolated structures through experimental, computational and real earthquake examinations. In this paper, four simple and reasonable design formulae, based on the first mode of the base-isolated structures, for the lateral force distribution on isolated structures have been validated by a multiple-bay three-story base-isolated steel structure tested on the shaking table. Moreover, to obtain more accurate results for base-isolated structures in which higher mode contributions are more likely expected during earthquakes, another four inertial force distribution formulae are also proposed to include higher mode effects. Besides the experimental verification through shaking table tests, the vertical distributions of peak accelerations computed by the proposed design formulae are in good agreement with the recorded floor accelerations of the USC University Hospital during the Northridge earthquake.
Journal of the Korean Society of Mechanical Technology
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v.20
no.6
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pp.947-956
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2018
This research has been conducted to design upright parts of hand-made vehicles with the purpose of reducing material and machining cost while ensuring structural safety. Aluminum knuckles were modelled with three parts in order to enhance design flexibility as well as to reduce CNC machining cost. A vehicle model was constructed in CAD program and simulated in ADAMS View in order to estimate joint forces developing during 20 degree step steering condition at 60km/h. The joint forces obtained in the vehicle dynamics simulation were used for the structural analysis in ANSYS and dimensions of knuckle parts were adjusted until the lowest safety factor reached 2.0. The weight of knuckle decreased by 50% compared to the previous version that was designed without the structural analysis. The overall manufacturing cost decreased by 33% due to the reduction in the material as well as the CNC machining effort.
In this study, to confirm the effects of the mixed load of normal and shear forces acting on a fixing bolt, fatigue design criteria were developed by varying the loading angle and conducting tensile and fatigue tests. After evaluating and comparing the test results under different loading angles, the evaluation criteria were selected. These evaluation criteria were then applied to develop the design criteria. An Arcan fixture was designed and manufactured to simultaneously apply a mixed load of normal and shear forces to the fixing bolt of a turntable, and a fatigue test was conducted. S-N diagrams for various loading angles were obtained, and a 1% P-S-N diagram of failure probability was determined using statistical processing techniques. Our results show that failures of the fixing bolt can be prevented using these diagrams as a basis for developing fatigue design criteria.
The noise from the elevated lines of rail transit has become a growing problem. This paper presents a new method for the rapid prediction of the structure-borne noise from steel or composite bridges, based on the receptance and Statistical Energy Analysis (SEA), which is essential to the study of the generation mechanism and the design of a low-noise bridge. First, the vertical track-bridge coupled vibration equations in the frequency domain are constructed by simplifying the rail and the bridge as an infinite Timoshenko beam and a finite Euler-Bernoulli beam respectively. Second, all wheel/rail forces acting upon the track are computed by taking a moving wheel-rail roughness spectrum as the excitation to the train-track-bridge system. The displacements of rail and bridge are obtained by substituting wheel/rail forces into the track-bridge coupled vibration equations, and all spring forces on the bridge are calculated by multiplying the stiffness by the deformation of each spring. Then, the input power to the bridge in the SEA model is derived from spring forces and the bridge receptance. The vibration response of the bridge is derived from the solution to the power balance equations of the bridge, and then the structure-borne noise from the bridge is obtained. Finally, a tri-span continuous steel-concrete composite bridge is taken as a numerical example, and the theoretical calculations in terms of the vibration and noise induced by a passing train agree well with the field measurements, verifying the method. The influence of various factors on wheel/rail and spring forces is investigated to simplify the train-track-bridge interaction calculation for predicting the vibration and noise from steel or composite bridges.
When a tunnel is excavated below groundwater table, the groundwater flows into the excavated wall of tunnel and seepage forces are acting on the tunnel wall. The ground reaction curve is defined as the relationship between internal pressure and radial displacement of tunnel wall. Therefore, the ground reaction curve is significantly affected by seepage forces. In this study, the theoretical solutions of ground reaction curves were derived for both the dry condition and the seepage forces. The theoretical solutions derived were validated by numerical analysis. The ground reaction curves with the support characteristic curve were also analyzed in various conditions of groundwater table. Finally, the theoretical solutions of the ground reaction curve derived in this study can be utilized easily to determine the appropriate time of support systems, the stiffness of support system and so forth for the reasonable design.
As the economy grows and the population increases, we need to develop our coastal area and make use of it for various purposes. Specifically, investigation of the wave interactions on and around the vertical cylinders is very important in the design of the offshore or coastal structures. The nonlinear potential analysis developed so far, although very useful, has been found to be limited in application, as strong nonlinear waves generated by the interference between multilayered cylinders and wave impact forces by breaking waves can hardly be estimated. In this study, using a 3-Dimensional volume tracking method VOF(Volume of Fluid), based on Namer-Stokes equations, was developed to simulate highly nonlinear effects, such as breaking waves at the interface or complicated interference waves among structures. A numerical method for nonlinear interaction wave and vertical cylinders is newly proposed. The wave forces and wave transformations computed by the newly proposed numerical simulation method were compared to the other researcher's experimental results, and the results agree well. Based on the validation of this study, this numerical method is applied to the two vertical cylinders to discuss their nonlinear wave forces and wave transformations, according to the variations of separate distance of vertical cylinders.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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