Kim, Young Su;Jeong, Woo Seob;Lee, Sung Yun;Seok, Tae-Ryong
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.8
no.1
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pp.21-30
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2006
In case of an urban tunnel, the displacement of ground base controls the tunnel design because it is built on shallow and unconsolidated ground many times. There are more insufficiency to describe the ground movement which coincides in the measured result of the situ because the design of an urban tunnel is dependent on the method of numerical analysis used to the existing elastic and elasto-plastic models. We studied about the predict ion for the ground movement of a shallow tunnel in unconsolidated ground, mechanism of collapse, and settlement. Also this paper shows comparison with the existing elastic and elasto-plastic model using the unlinear analysis of the strain-softening model. We can model the real ground movement as the increasement of ground surface inclination or occurrence of shear band by using strain-softening model for the result of ground movement of an urban NATM tunnel.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.29
no.11
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pp.1236-1244
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2012
A equivalent stiffness modeling has been performed for extracting the equivalent stiffness properties which are orthotropic elastic model from a large scale wind turbine rotor blade so that structure model can be constructed more simply for the three dimensional static aeroelastic analysis. In order to present the procedure of equivalent stiffness modeling, NREL 5MW class wind turbine rotor having the three stiffness information which are flapewise, edgewise and torsional stiffness was chosen. This method is based on applying unit moment at the tip of the blade as well as fixing all degree of freedom at the blade root and calculating the displacement from the load analysis to obtain the elastic modulus corresponding to equivalent stiffness referred to the NREL reports on blade divided into 5 sections respectively. In addition, one section was divided into 3 parts and the trend functions were used to make the equivalent stiffness model more correctly and quickly. Through the comparison of stiffness between the reference values and calculated values from equivalent stiffness model, the investigation of the accuracy on the stiffness values and the efficiency for constructing the model was conducted.
Vivar-Perez, Juan M.;Duczek, Sascha;Gabbert, Ulrich
Smart Structures and Systems
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v.13
no.4
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pp.587-614
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2014
In recent years the interest in online monitoring of lightweight structures with ultrasonic guided waves is steadily growing. Especially the aircraft industry is a driving force in the development of structural health monitoring (SHM) systems. In order to optimally design SHM systems powerful and efficient numerical simulation tools to predict the behaviour of ultrasonic elastic waves in thin-walled structures are required. It has been shown that in real industrial applications, such as airplane wings or fuselages, conventional linear and quadratic pure displacement finite elements commonly used to model ultrasonic elastic waves quickly reach their limits. The required mesh density, to obtain good quality solutions, results in enormous computational costs when solving the wave propagation problem in the time domain. To resolve this problem different possibilities are available. Analytical methods and higher order finite element method approaches (HO-FEM), like p-FEM, spectral elements, spectral analysis and isogeometric analysis, are among them. Although analytical approaches offer fast and accurate results, they are limited to rather simple geometries. On the other hand, the application of higher order finite element schemes is a computationally demanding task. The drawbacks of both methods can be circumvented if regions of complex geometry are modelled using a HO-FEM approach while the response of the remaining structure is computed utilizing an analytical approach. The objective of the paper is to present an efficient method to couple different HO-FEM schemes with an analytical description of an undisturbed region. Using this hybrid formulation the numerical effort can be drastically reduced. The functionality of the proposed scheme is demonstrated by studying the propagation of ultrasonic guided waves in plates, excited by a piezoelectric patch actuator. The actuator is modelled utilizing higher order coupled field finite elements, whereas the homogenous, isotropic plate is described analytically. The results of this "semi-analytical" approach highlight the opportunities to reduce the numerical effort if closed-form solutions are partially available.
This paper presents an elastic-plastic solution for the circular tunnel of elastic-strain softening behavior considering the pressure-dependent Young's modulus and the nonlinear dilatancy. The proposed solution is verified by the results of the field measuring and numerical simulation from a practical project, and a published closed-form analysis solution. The influence of each factor is discussed in detail, and the ability of Young's modulus and dilatancy characterizing the mechanical response of surrounding rock is investigated. It is found that, in low levels of support pressure, adopting the constant Young's modulus model will seriously misestimate the surrounding rock deformation. Using the constant dilatancy model will underestimate the surrounding rock deformation. When adopting the constant dilatancy model, as the dilation angle increases, the range of the plastic region increases, and the surrounding rock deformation weakens. When adopting the nonlinear dilatancy, the plastic region range and the surrounding rock deformation are the largest. The surrounding rock deformation using pressure-dependent Young's modulus model is between those resulted from two constant Young's modulus models. The constant α of pressuredependent Young's modulus model is the main factor affecting the tunnel displacement. The influence of α using a constant dilatancy model is much more apparent than that using a nonlinear dilatancy model.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.9
no.1
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pp.171-180
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2005
In this study the seismic performance of a three-story knee-braced moment-resisting frame (KBMRF), which is typically employed to support pipelines for oil or gas, was investigated. Nonlinear static pushover analyses were performed first to observe the force-displacement relationship of KBMRF under increasing seismic load. The results show that, when the maximum inter-story drift reached 1.5% of the story height, the main structural members, such as beams and columns, still remained elastic. Then nonlinear dynamic time-history analyses were carried out using eight earthquake ground motion time-histories scaled to at the design spectrum of UBC-97. It turned out that the maximum inter-story drift was smaller than the drift limit of 1.5 % of the structure height, and that the columns remained elastic. Based on these analytical results, it can be concluded that the seismic performance of the structure satisfies all the requirements regulated in the seismic code.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.1
no.4
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pp.21-28
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1997
The aseismic capacity of a traditional three-bay-straw-roof wooden house for soft soil site condition is quantitatively estimated. One 1/4 scale model was tested for the Imperial Valley Earthquake up to failure. The natural frequency of the wooden house measured in elastic range is 1.66 Hz and 1.76 Hz in the longitudinal and transversal direction, respectively. Damping ratio of the house measured in elastic range is 7%. The peak horizontal acceleration response of the house was reduced compared with input motion due to the nonlinear inelastic characteristics of the wooden frame. The horizontal displacement response was significantly increased as the level of input motion was increased. The model was collapsed at 0.25g due to the low frequency contents of the input motion. The results of nonlinear seismic analysis were compared with the test results.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.6
no.4
s.22
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pp.53-61
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2006
In th is paper, to predicting the large deformation and cyclic plastic behavior of steel members under loading, 3-Dimensional elastic-plastic FE analysis method is developed by using finite deformation theory and proposed cyclic plasticity model. finite deformation theory, described the large deformation, is formulated by using Updated-lagrangian formulation and Green's strain tensor, Jaumann's derivative of Kirchoff stress. Also, cyclic plasticity model proposed by author is applied to developed analysis method. To verification of developed analysis method, analysis result of steel plate specimen compare to the analysis result using infinitesimal deformation theory and test result. Also, load-displacement and deflection shape, analysis result of pipe-section steel column, compare to test result. The good agreement between analysis result and experiment result shown that developed 3-dimensional finite element analysis can be predict the large deformation and cyclic plastic behavior of steel members.
Acharya, Raju;Han, Jie;Parsons, Robert L.;Brennan, James J.
Geomechanics and Engineering
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v.11
no.5
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pp.625-638
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2016
This paper presents field study and numerical modeling results for a single-cell low-fill concrete box culvert under a flexible pavement subjected to traffic loading. The culvert in the field test was instrumented with displacement transducers to capture the deformations resulting from different combinations of static and traffic loads. A low-boy truck with a known axle configuration and loads was used to apply seven static load combinations and traffic loads at different speeds. Deflections under the culvert roof were measured during loading. Soil and pavement samples were obtained by drilling operation on the test site. The properties of the soil and pavement layers were determined in the laboratory. A 3-D numerical model of the culvert was developed using a finite difference program FLAC3D. Linear elastic models were used for the pavement layers and soil. The numerical results with the material properties determined in the laboratory were compared with the field test results. The observed deflections in the field test were generally smaller under moving loads than static loads. The maximum deflections measured during the static and traffic loads were 0.6 mm and 0.41 mm respectively. The deflections computed by the numerical method were in good agreement with those observed in the field test. The deflection profiles obtained from the field test and the numerical simulation suggest that the traffic load acted more like a concentrated load distributed over a limited area on the culvert. Elastic models for culverts, pavement layers, and surrounding soil are appropriate for numerical modeling of box culverts under loading for load rating purposes.
The nonlinear-brittle-plastic model derived from experiments as well as elastic and elasto-plastic models was applied to the analysis of the rock damaged zone around a highly stressed circular tunnel. The depths of stress redistribution and disturbed zone as well as the characteristic behaviors predicted from each numerical model were compared, As the magnitudes and stress differences of in situ stresses increased, influences of stress redistribution and stress disturbance on un(tiled region of rock mass also intensified. As a result, larger stress redistribution and disturbed zone as well as greater deviatoric stress and displacement were obtained by the nonlinear-brittle-plastic model rather than other conventional models such as elasto-plastic and elastic models. from such results, it was concluded that as the magnitudes and stress differences of in situ stresses increased, larger rock damaged zone might be predicted by the nonlinear-brittle-plastic model. Therefore, it is thought that the damage analysis may be indispensable far highly stressed tunnels.
Construction of sheet pile retaining walls in urban and coastal regions has resulted in sheet pile walls in close proximity to laterally loaded pile foundations. However, there is currently little information available in the literature to assist engineers for quantifying the response of sheet pile walls. This study provides a quantitative method for estimating sheet pile wall response due to loads imposed from a nearby laterally loaded pile. Three dimensional finite element analyses using commercial software, ABAQUS, were performed to assess the response of a sheet pile wall and nearby laterally loaded pile. The soils were modeled using Drucker-Prager constitutive model with associated flow rule, and the sheet pile wall and pile foundation were assumed to behave linear elastic. Four parameters were investigated: sheet pile wall bending stiffness, distance from the pile face to the wall, excavation depth in front of the sheet pile wall, and elastic modulus of the soil. Results from the analyses have been used to develop preliminary design charts and simple equations for estimating the maximum horizontal displacement and maximum bending moment in the sheet pile wall.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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