International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.13
no.1
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pp.136-146
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2021
This paper aims to numerically estimate the dynamic ice load on a conical structure. The Discrete Element Method (DEM) is employed to model the level ice as the assembly of numerous spherical particles. To mimic the realistic fracture mechanism of ice, the parallel bonding method is introduced. Cases with four different ice drifting velocities are considered in time domain. For validation, the statistics of time-varying ice forces and their frequencies obtained by numerical simulations are extensively compared against the physical model-test results. Ice properties are directly adopted from the targeted experimental test set up. The additional parameters for DEM simulations are systematically determined by a numerical three-point bending test. The findings reveal that the numerical simulation estimates the dynamic ice force in a reasonably acceptable range and its results agree well with experimental data.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.27
no.2
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pp.119-127
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2023
In this paper, seismic performance evaluation was carried out for eight circular reinforced concrete columns designed seismically by KRTA[1]and KCI[8]. Primary design parameters for such columns included many longitudinal reinforcements, yield strength of reinforcements, the vertical spacing of spirals, aspect ratio, and axial force ratio. The test results showed that all the columns exhibited stable hysteretic and inelastic responses. Based on the test results, drift ratios corresponding to each damage state, such as initial yielding, initial cover spalling, initial core concrete crushing, buckling, and fracture of longitudinal reinforcement and final spalled region, were evaluated. Then, those ratios were compared with widely accepted damage limit states. The comparison revealed that the existing damage states were considerably conservative. This implies that additional research is required for the damage limit states of such columns designed seismically by current Korean design codes.
In this study, damage evaluation of glass fiber reinforced thermoplastic composites was investigated with acoustic emission method. Specimens of 1.7mm thickness laminate were made from PET and 7 layers o171ass fabrics. Notch and impact loading were added to the specimen and normal tensile test and tensile test with the dead load were carried out. AE signal was measured as the functions of notch ratio to the width0 and impact energy in order to find out the correlation between fracture mode and AE parameters. The result has shown that low amplitude of AE signal was due to the microcrack of matrix and its growth, whereas the amplitude in the mid range was the response to the delamination and interfacial separation. In the range of high amplitude above 90dB. the fracture of glass fabric was found. Tensile strength decreased with increasing notch ratio to the width and impact energy because of tile effect or delamination, the cracking of matrix and stress concentration. In proportion to the size of damaged area. AE signal showed its wider range of frequency and energy as well as increased number of hits.
The flow analyses through a porous hydraulic fractures is among the most important tasks in recently developed shale reservoirs but is rendered difficult by non-Darcy effects and geometric changes in the hydraulic fractures during production. In this study, several Computational Fluid Dynamics(CFD) models of hydraulic fractures, with a simple shape such as that of parallel plates, filled with proppants were built. Direct Numerical Simulation(DNS) analyses were then carried out to examine the flow loss characteristics of the fractures. The hydraulic diameters for the simulation models were calculated using the DNS results, and then they were compared with the results from Kozeny's definition of hydraulic diameter which is most widely used in the flow analysis field. Also, the characteristic parameters based on both hydraulic diameters were estimated for the investigation of the flow loss variation features. Consequently, it was checked in this study that the hydraulic diameter based on Kozeny's definition is not accordant to the results from the DNS analyses, and the case using the CFD results exhibits f Re robustness like general pipe flows, whereas the other case using Kozeny's definition doesn't. Ultimately, it is expected that discoveries reported in this study would help further porous flow analyses such as hydraulic fracture flows.
Purpose: The purpose of this study was to compare the data comprehensively including not only the clinical and radiographic outcomes but some parameters related to operation between the minimally invasive plate osteosynthesis (MIPO) technique and intramedullary nailing (IMN) for treatment of segmental tibia shaft fractures. Methods: We conducted a retrospective study of 31 patients (mean age, 49.3 years, range, 27-74 years), with a mean follow-up of 14.1 months (range, 12-19 months) with acute segmental tibial fractures (AO 42-C2) who underwent either surgical treatment of MIPO or IMN. In accordance with the Gustilo-Anderson classification, 11 were type I, 5 were type II, and 15 were type III. Initial compartment syndrome was confirmed in 2 cases. Results: There were no statistically significant differences in terms of the patient demographic data between the two groups. The time to definitive fixation was longer in the MIPO group (mean $13.7{\pm}10.9days$; range, 2-27) than in the intramedullary group (mean $5.4{\pm}9.6days$; range, 0-35) with statistically significant difference (p=0.002). Bony union was observed in most of cases but except 5 cases of nonunion were diagnosed (3 in the MIPO vs 2 in IMN, p=0.188). The average bone healing time was 27.1 weeks (10 to 56 weeks) in MIPO group and 23.2 weeks (13 to 66 weeks) in IMN group, respectively (p=0.056). Overall complications were 5 cases in MIPO group and 2 cases in the IMN group. Difference in LEFS was not statistically significant between both groups (p=0.824). Conclusion: This study showed that segmental tibia shaft fractures treated with both MIPO and intramadullary nailing was challenging with relatively high complication rate. A well planned sequential strategy with keeping the soft tissue and personality of fracture in mind is utmost significant as much as the choice of surgical modalities.
Objective : This consecutive retrospective study was designed to analyze and to compare the efficacy and outcomes of anterior cervical discectomy and fusion (ACDF) using a fibular and femur allograft with anterior cervical plating. Methods : A total of 88 consecutive patients suffering from cervical degenerative disc disease (DDD) who were treated with ACDF from September 2007 to August 2010 were enrolled in this study. Thirty-seven patients (58 segments) underwent anterior interbody fusion with a femur allograft, and 51 patients (64 segments) were treated with a fibular allograft. The mean follow-up period was 16.0 (range, 12-25) months in the femur group and 19.5 (range, 14-39) months in the fibular group. Cage fracture and breakage, subsidence rate, fusion rate, segmental angle and height and disc height were assessed by using radiography. Clinical outcomes were assessed using a visual analog scale and neck disability index. Results : At 12 months postoperatively, cage fracture and breakage had occurred in 3.4% (2/58) and 7.4% (4/58) of the patients in the femur group, respectively, and 21.9% (14/64) and 31.3% (20/64) of the patients in the fibular group, respectively (p<0.05). Subsidence was noted in 43.1% (25/58) of the femur group and in 50.5% (32/64) of the fibular group. No difference in improvements in the clinical outcome between the two groups was observed. Conclusion : The femur allograft showed good results in subsidence and radiologic parameters, and sustained the original cage shape more effectively than the fibular allograft. The present study suggests that the femur allograft may be a good choice as a fusion substitute for the treatment of cervical DDD.
Applicability of laser micro welding process to the fabrication of medical devices was investigated. Austenitic stainless steel wire (SUS304) was spot melted and crosswise welded, which is one of the most possible welding process for the fabrication of medical devices, by using a Nd-YAG laser. Effects of welding parameters on the microstructure, tensile strength and corrosion resistance were discussed. In the spot melting, melted metal width decreased with decreasing the input energy and pulse duration. Controlling the laser wave to reduce laser noise which occurred in the early stage of laser irradiation made reasonable welding condition wider in the welding condition of small pulse duration such as 2ms. The microstructure of the melted metal was a cellular dendrite structure and the cell size of the weld metal was about 0.5~3.5 ${\mu}{\textrm}{m}$. Tensile strength increased with the decrease of the melted metal width and reached to a maximum about 660MPa, which is comparable with that for the tempered base metal. Even by immersion test at 318K for 3600ks in quasi biological environment (0.9% NaCl), microstructure of the melted metal and tensile strength hardly changed from those for as melted material. In the crosswise welding, joints morphologies were classified into 3 types by the melting state of lower wire. Fracture load increased with input energy and melted area of lower wire, and reached to a maximum about 80N. However, when input energy was further increased and lower wire was fully melted, fracture load decreased due to the burn out of weld metal.
In the present study, interfacial cracks between an isotropic and orthotropic material, subjected to static far field tensile loading are analyzed using the technique of photoelasticity. The fracture parameters are extracted from the full-field isochromatic data and the same are compared with that obtained using boundary collocation method. Dynamic photoelasticity combined with high-speed digital photography is employed for capturing the isochromatics in the case of propagating interfacial cracks. The normalized stress intensity factors for static cracks are greate. when ${\alpha}$: 90$^{\circ}$(fibers perpendicular to the interface) than when ${\alpha}$=0$^{\circ}$(fibers parallel to the interface), and those when ${\alpha}$=90$^{\circ}$are similar to ones of isotropic material. The dynamic stress intensity factors for interfacial propagating cracks are greater when ${\alpha}$=0$^{\circ}$ than ${\alpha}$=90$^{\circ}$. For the velocity ranges (0.1 < C/C$\sub$s1/<0.7) observed in this study, the complex dynamic stress intensity factor │K$\sub$D/│increases with crack speed c, however, the rate of increase of │K$\sub$D/│with crack speed is not as drastic as that reported for homogeneous materials.
Mohamed, Cherfi;Smail, Benbarek;Bouiadjra, Bachir;Serier, B.
Structural Engineering and Mechanics
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v.57
no.4
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pp.717-731
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2016
In orthopedic surgery and more especially in total arthroplastie of hip, the fixing of the implants generally takes place essentially by means of constituted surgical polymer cement. The damage of this materiel led to the fatal rupture and thus loosening of the prosthesis in total hip, the effect of over loading as the case of tripping of the patient during walking is one of the parameters that led to the damage of this binder. From this phenomenon we supposed that a remain of bone is included in the cement implantation. The object of this work is to study the effect of this bony inclusion in the zones where the outside conditions (loads and geometric shapes) can provoke the fracture of the cement and therefore the aseptic lousing of the prosthesis. In this study it was assumed the presence of two bones -type inclusions in this material, one after we analyzed the effect of interaction between these two inclusions damage of damage to this material. One have modeled the damage in the cement around this bone inclusion and estimate the crack length from the damaged cement zone in the acetabulum using the finite element method, for every position of the implant under the extreme effort undergone by the prosthesis. We noted that the most intense stress position is around the sharp corner of the bone fragment and the higher level of damage leads directly the fracture of the total prosthesis of the hip.
In previous weak-axis moment connection tests, brittle fracture always initiated near the edge of the beam flange groove weld due to force flow towards the stiffer column flanges, which is the opposite pattern as strong-axis moment connections. As part of the China NSFC (51278061) study, this paper tested two full-scale novel weak-axis reduced beam section moment connections, including one exterior frame connection specimen SJ-1 under beam end monotonic loading and one interior frame joint specimen SJ-2 under column top cyclic loading. Test results showed that these two specimens were able to satisfy the demands of FEMA-267 (1995) or ANSI/AISC 341-10 (2010) without experiencing brittle fracture. A parametric analysis using the finite element software ABAQUS was carried out to better understand the cyclic performance of the novel weak-axis reduced beam section moment connections, and the influence of the distance between skin plate and reduced beam section, a, the length of the reduced beam section, b, and the cutting depth of the reduced beam section, c, on the cyclic performance was analyzed. It was found that increasing three parametric values reasonably is beneficial to forming beam plastic hinges, and increasing the parameter a is conducive to reducing stress concentration of beam flange groove welds while increasing the parameters b and c can only reduce the peak stress of beam flange groove welds. The rules recommended by FEMA350 (2000) are suitable for designing the proposed weak-axis RBS moment connection, and a proven calculation formulation is given to determine the thickness of skin plate, the key components in the proposed weak-axis connections. Based on the experimental and numerical results, a design procedure for the proposed weak-axis RBS moment connections was developed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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