Conventionally, because evaluation methods of the bearing capacity for double steel pipe-concrete composite pile design have not been established, the conventional vertical bearing capacity equations for steel hollow pile are used. However, there are severe differences between the predictions from these equations, and the most conservative one among vertical bearing capacity predictions are conventionally adopted as a design value. Consequently, the current prediction method for vertical bearing capacity of composite pile prediction composite pile causes design reliability and economical feasibility to be low. This paper investigated mechanical behaviors of a new composite pile, with a cross-section composed of double steel pipes filled with concrete (DSCT), vertical bearing capacities were analyzed for several DSCT pile conditions. Axisymmetric finite element models for DSCT pile and surrounding ground were created and they were used to analyze effects on behaviors of DSCT pile pile by embedding depth, stiffness of plugging material at pile tip, height of plugging material at pile tip, and rockbed material. Additionally, results from conventional design prediction equations for vertical bearing capacity at steel hollow pile tip were compared with that from numerical results, and the use of the conventional equations for steel hollow pile was examined to apply to that for DSCT pile.
In this paper, a diaphragm wall that supports soils and rock was modeled using FLAC, a finite difference analysis program, to evaluate the seismic behavior of temporary retaining structures in a deep excavation. The appropriateness of the numerical model was verified by comparing its results with those of the centrifuge test performed in a similar condition. The bending moment distribution along the diaphragm wall shows a very similar tendency, and the maximum acceleration obtained at the backfill and top of the wall shows a difference within 5%. Based on the developed model, a parametric study was conducted in various input earthquake, ground, and excavation conditions. The maximum structural forces and bending moment under earthquake loading were compared with the maximum values during excavation, from which the critical condition that requires a seismic design was roughly sorted out. The maximum bending moment of a wall that retains soil layers increased 17%. Particularly, the axial force of struts located in loose soils increased 32% under 100 years return period of an earthquake event, which strongly is estimated to require seismic design for structural safety.
Myeong-Kyu, Kim;Hyoung-Seock, Seo;Hui-Seung, Park;Sang-Ho, Kim
Composites Research
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v.35
no.6
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pp.447-455
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2022
Currently, the problem of pollution of the marine environment by microplastics is emerging seriously internationally. In this study, to develop a lightweight portable microplastic collection device, the types and number of microplastics in 21 coastal areas nationwide in Korea were investigated. And CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic), GFRP (Glass Fiber Reinforced Plastic), ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene copolymer) and aluminum were applied for design and analysis of microplastic collection device to have the durability, corrosion resistance and lightweight. As a result of sample collection and classification from the shore, it was confirmed that microplastics were distributed the most in Hamdeok beach, and the polystyrene was found to be mainly distributed microplastics. Particle information through coastal field survey and CFD (Computational Fluid Dynamics) analysis were used to analyze the flow rate and distribution of particles such as sand and impurities, which were applied to the structural analysis of the cyclone device using the finite element method. As a result of structural analysis considering the particle impact inside the cyclone device, the structural safety was examined as remarkable in the order of CFRP, GFRP, aluminum, and ABS. In the view of weight reduction, CFRP could be reduced in weight by 53%, GFRP by 47%, and ABS by 61% compared to aluminum for the cyclone device.
Kim, Jaeseung;Moon, Sanggon;Han, Jeongwoo;Lee, Geun-Ho;Kim, Min-Geun
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.35
no.4
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pp.243-248
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2022
Weight optimization was performed for a rotorcraft shaft system using one-dimensional Euler-Bernoulli beam elements. Torsion, shaft support stiffness such as bearings, flange mass are all considered. To guarantee structural dynamic stability, eigenvalue analysis was performed to avoid critical speed and tooth mesh excitation form the gearbox. The weight optimization was performed by adjusting the thickness and radius while the length of the shaft was fixed, and the optimization process was divided into two stages. In the first, the weight is optimized with the torsional strength constraint. In the second, the difference between the primary mode of shaft and the critical speed is maximized so that the primary mode of the shaft can avoid the critical speed while the constraint on the torsional strength of the shaft is satisfied according to the standard for shaft system stability (AMC P 706-201, 1974). The proposed method was verified by comparing the results of the optimal design using the given one-dimensional beam elements with the stress results of the 3D finite element and the actual manufactured shaft.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.26
no.7
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pp.1071-1077
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2022
A security SoC that can be used to implement elliptic curve cryptography (ECC) based public-key infrastructures was designed. The security SoC has an architecture in which a hardware accelerator for the elliptic curve digital signature algorithm (ECDSA) is interfaced with the Cortex-A53 CPU using the AXI4-Lite bus. The ECDSA hardware accelerator, which consists of a high-performance ECC processor, a SHA3 hash core, a true random number generator (TRNG), a modular multiplier, BRAM, and control FSM, was designed to perform the high-performance computation of ECDSA signature generation and signature verification with minimal CPU control. The security SoC was implemented in the Zynq UltraScale+ MPSoC device to perform hardware-software co-verification, and it was evaluated that the ECDSA signature generation or signature verification can be achieved about 1,000 times per second at a clock frequency of 150 MHz. The ECDSA hardware accelerator was implemented using hardware resources of 74,630 LUTs, 23,356 flip-flops, 32kb BRAM, and 36 DSP blocks.
In this work a multi-fidelity non-intrusive polynomial chaos (MF-NIPC) has been applied to a structural wind engineering problem in architectural design for the first time. In architectural design it is important to design structures that are safe in a range of wind directions and speeds. For this reason, the computational models used to design buildings and bridges must account for the uncertainties associated with the interaction between the structure and wind. In order to use the numerical simulations for the design, the numerical models must be validated by experi-mental data, and uncertainties contained in the experiments should also be taken into account. Uncertainty Quantifi-cation has been increasingly used for CFD simulations to consider such uncertainties. Typically, CFD simulations are computationally expensive, motivating the increased interest in multi-fidelity methods due to their ability to lev-erage limited data sets of high-fidelity data with evaluations of more computationally inexpensive models. Previous-ly, the multi-fidelity framework has been applied to CFD simulations for the purposes of optimization, rather than for the statistical assessment of candidate design. In this paper MF-NIPC method is applied to flow around a rectan-gular 5:1 cylinder, which has been thoroughly investigated for architectural design. The purpose of UQ is validation of numerical simulation results with experimental data, therefore the radius of curvature of the rectangular cylinder corners and the angle of attack are considered to be random variables, which are known to contain uncertainties when wind tunnel tests are carried out. Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations are solved by a solver that employs the Finite Element Method (FEM) for two turbulence modeling approaches of the incompressible Navier-Stokes equations: Unsteady Reynolds Averaged Navier Stokes (URANS) and the Large Eddy simulation (LES). The results of the uncertainty analysis with CFD are compared to experimental data in terms of time-averaged pressure coefficients and bulk parameters. In addition, the accuracy and efficiency of the multi-fidelity framework is demonstrated through a comparison with the results of the high-fidelity model.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.6
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pp.54-63
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2022
This paper is a study on the friction damper, which is one of the seismic reinforcement devices for structures. This study developed a damper by replacing the internal friction material with ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE), a type of composite material. In addition, this study applied a multi-friction method in which the internal structure where frictional force is generated is laminated in several layers. To verify the performance of the developed multi-friction damper, this study performed a characteristic analysis test for the basic physical properties, wear characteristics, and disc springs of the material. As a result of the wear test, the mass reduction rate of UHMWPE was 0.003%, which showed the best performance among the friction materials based on composite materials. Regarding the disc spring, this study secured the design basic data from the finite element analysis and experimental test results. Moreover, to confirm the quality stability of the developed multi-friction damper, this study performed an seismic load test on the damping device and the friction force change according to the torque value. The quality performance test result showed a linear frictional force change according to the torque value adjustment. As a result of the seismic load test, the allowable error of the friction damper was less than 15%, which is the standard required by the design standards, so it satisfies the requirements for seismic reinforcement devices.
The Journal of the Convergence on Culture Technology
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v.8
no.6
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pp.685-691
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2022
This study was based on the steel composite concrete box structure (Transfer girder) which was installed to support the skyscrapers directly above the subway line. In this study, it was analytically proved that the cause of cracks on the steel composite concrete box structure were the shrinkage cracks by comparing the results of crack investigation and numerical analysis. As the results, it was found that the internal temperature difference between concrete and steel members occurred according to the shape of the steel frame embedded in concrete, the location of vertical stiffener, and the closed section area. The narrower spacing of vertical stiffener was occurred the internal temperature concentration of the structure and the temperature difference increased. And the location of higher thermal strain and temperature were similar to the location of actual cracks by the visual inspection. Therefore, the internal temperature concentration parts were formed according to the presence and spacing of the vertical stiffeners and the inspection passage in the central part of the structure. The shrinkage cracks were occurred by the restrained of temperature expansion and contraction of the concrete. As the results of this study, it was important to separate and manage the non-structural cracks caused by shrinkage and the structural cracks in the maintenance of serviced steel-composite concrete structures.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.3
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pp.103-110
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2022
The purpose of this study is to experimentally evaluate the stiffness and strength reduction according to the reinforcing bar details of the vertically divided reinforced concrete shear walls. To confirm the effect of reducing strength and stiffness according to vertical division, four real-scale specimens were fabricated and repeated lateral loading tests were performed. As a result of the experiment, it was confirmed that the strength and stiffness were decreased according to the vertical division. In particular, as the stiffness reduction rate is greater than the strength reduction rate, it is expected that safety against extreme strength can be secured when the load is redistributed according to vertical division. As a result of checking the crack pattern, a diagonal crack occurred in the wall subjected to compression control among the divided walls. It was confirmed that two neutral axes occurred after division, and the reversed strain distribution appeared in the upper part, showing the double curvature pattern. In future studies, it is necessary to evaluate the stiffness reduction rate considering the effective height of the wall, to evaluate additional variables such as wall aspect ratio, and to conduct analytical studies on various walls using finite element analysis.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.22
no.3
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pp.193-200
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2022
In this study, the finite-failure NHPP software reliability model was applied to the software development model based on the Weibull lifetime distribution (Goel-Okumoto, Rayleigh, Type-2 Gumbe), which is widely used in the software reliability field, and then the cost attributes were compared and evaluated. For this study, failure time data detected during normal operation of the software system were collected and used, the most-likelihood estimation (MLE) method was applied to the parameter estimation of the proposed model, and the calculation of the nonlinear equation was solved using the binary method. As a result, first, in the software development model, when the cost of testing per unit time and the cost of removing a single defect increased, the cost increased but the release time did not change, and when the cost of repairing failures detected during normal system operation increased, the cost increased and the release time was also delayed. Second, as a result of comprehensive comparative analysis of the proposed models, it was found that the Type-2 Gumble model was the most efficient model because the development cost was lower and the release time point was relatively faster than the Rayleigh model and the Goel-Okumoto basic model. Third, through this study, the development cost properties of the Weibull distribution model were newly evaluated, and the analyzed data is expected to be utilized as design data that enables software developers to explore the attributes of development cost and release time.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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