KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.43
no.4
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pp.469-476
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2023
Soil plasticity models for cyclic and dynamic loads are essential in non-linear numerical analysis of geotechnical structures. While a single yield surface model shows a linear behavior for cyclic loads, J2-bounding surface plasticity model with zero elastic region can effectively simulate a nonlinearity of the ground response with the same material properties. The radius of the yield surface inside the boundary surface converged to 0 to make the elastic region disappear, and plastic hardening modulus and dilatancy define plastic strain increment. This paper presents the stress-strain incremental equation of the developed model, and derives plastic hardening modulus for the hyperbolic model. The comparative analyses of the triaxial compression test and the shallow foundation under the cyclic load can show stable numerical convergence, consistency with the theoretical solution, and hysteresis behavior. In addition, plastic hardening modulus for the modified hyperbolic function is presented, and a methodology to estimate model variables conforming 1D equivalent linear model is proposed for numerical modeling of the multi-dimensional behavior of the ground.
This paper presents a three-dimensional displacement-based formulation to investigate the free vibration of functionally graded nanoplates resting on a Winkler-Pasternak foundation based on the nonlocal elasticity theory. The material properties of the FG nanoplate are considered to vary continuously through the thickness of the nanoplate according to the power-law distribution model. A general three-dimensional displacement field is considered for the plate, which takes into account the out-of-plane strains of the plate as well as the in-plane strains. Unlike the shear deformation theories, in the present formulation, no predetermined form for the distribution of displacements and transverse strains is considered. The equations of motion for functionally graded nanoplate are derived based on Hamilton's principle. The solution is obtained for simply-supported nanoplate, and the predicted results for natural frequencies are compared with the predictions of shear deformation theories which are available in the literature. The predictions of the present theory are discussed in detail to investigate the effects of power-law index, length-to-thickness ratio, mode numbers and the elastic foundation on the dynamic behavior of the functionally graded nanoplate. The present study presents a three-dimensional solution that is able to determine more accurate results in predicting of the natural frequencies of flexural and thickness modes of nanoplates. The effects of parameters that play a key role in the analysis and mechanical design of functionally graded nanoplates are investigated.
This study presents a case study of condition evaluation of various asphalt pavement sections to estimate performance lives. The pavement surface conditions including cracking and rutting are first evaluated using a automatic pavement analyzer, ARAN. HPCI(Highway Pavement Condition Index) values are estimated using the pavement surface distress data. It is observed from the pavement distress survey that the major distress type of the sections is top-down cracking. The modulus value of each pavement layer is back-calculated from the defection data obtained from a FWD(Falling Weight Deflectometer) and compared with the laboratory measured dynamic modulus values. Remaining lives of the various pavement sections are estimated based on a mechanistic-empirical approach and AAHTO 1993 design guide. The structural capacities of the all pavement sections based on the two approaches are strong enough to maintain the pavement sections for the rest of design life. Since the major distress type is top-down cracking, the remaining lives of the pavement sections are estimated based on HPCI and existing performance database of highway pavements. To evaluate the causes of premature pavement distress, various material properties, such as air void, asphalt binder content, aggregate gradation, dynamic modulus and fatigue resistance, are measured from the field cores. It is impossible to accurately estimate the binder contents of field samples using the ignition method. It is concluded from the laboratory tests that the premature top down cracking is mainly due to insufficient compaction and inadequate aggregate gradation.
Nonlinear dynamic deformation characteristics, expressed in terms of normalized shear modulus reduction curve (G/$G_{max}-\log\gamma$, G/$G_{max}$ curve) and damping curve (D-$\log\gamma$), are important input parameters with shear wave velocity profile ($V_s$-profile) in the seismic analysis of (new or existing) fill dam. In this paper, the reasonable and economical methods to evaluate the nonlinear dynamic deformation characteristics for core zone and rockfill zone respectively are presented. For the core zone, 111 G/$G_{max}$ curves and 98 damping curves which meet the requirements of core material were compiled and representative curves and ranges were proposed for the three ranges of confining pressure (0~100 kPa, 100 kPa~200 kPa, more than 200 kPa). The reliability of the proposed curves for the core zone were verified by comparing with the resonant column test results of two kinds of core materials. For the rockfill zone, 135 G/$G_{max}$ curves and 65 damping curves were compiled from the test results of gravelly materials using large scale testing equipments. The representative curves and ranges for G/$G_{max}$ were proposed for the three ranges of confining pressure (0~50 kPa, 50 kPa~100 kPa, more than 100 kPa) and those for damping were proposed independently of confining pressure. The reliability of the proposed curves for the rockfill zone were verified by comparing with the large scale triaxial test results of rockfill materials in the B-dam which is being constructed.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.7
no.1
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pp.93-101
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1987
Residual stresses have remained around welding areas of a steel structure member after welding operation. The major causes to occur these residual stresses are the local heat due to a welding, the heat stresses due to a irregular and rapid cooling condition, the material and rigidity of a steel structure. Ultimatly, these residual stresses have been known to decrease a brittle fracture strength, a fatigue strength, a buckling strength, dynamic properties, and the corrosion resistance of the material. This paper deals with the residual stresses on a steel structure member through experimental studies. SWS 58 plates were welded by the method of X-groove type. These plates were layed on the heat treatment at four different temperatures; $350^{\circ}C$, $500^{\circ}C$, $650^{\circ}C$ and $800^{\circ}C$. The resulting residual Stresses were measured by hole drilling method, and the followings were obtained. The residual stresses on the vicinity of a welding point were relieved most effectively at the temperature of $650^{\circ}C$, and these stresses relieved completly when the ratio of a hole diamerter to a hole depth became unity. Hardness test shows that the higher value of hardness at the heat affected zone dropped to belower as the temperature went up from $350^{\circ}C$ to $800^{\circ}C$. The Welding input heats have not influenced the magnitude of residual stresses at the input heat range between above and below one forth than standard.
Kim, Ho-Jin;Nam, Jin-Won;Kim, Sung-Bae;Kim, Jang-Ho;Byun, Keun-Joo
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.19
no.2
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pp.241-250
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2007
In case of retrofitting a concrete structure subjected to blast load by using retrofit materials such as FRP (fiber-reinforced polymer), appropriate ductility as well as raising stiffness must be obtained. But the previous approximate and simplified models, which have been generally used in the design and analysis of structures subjected to blast load, cannot accurately consider effects on retrofit materials. Problems on the accuracy and reliability of analysis results have also been pointed out. In addition, as the response of concrete and reinforcement on dynamic load is different from that on static load, it is not appropriate to use material properties defined in the previous static or quasi-static conditions to in calculating the response on the blast load. In this study, therefore, an accurate HFPB (high fidelity physics based) finite element analysis technique, which includes material models considering strength increase, and strain rate effect on blast load with very fast loading velocity, has been suggested using LS-DYNA, an explicit analysis program. Through the suggested analysis technique, the behavior on the blast load of retrofitted concrete walls using CFRP (carbon fiber-reinforced polymer) and GFRP (glass fiber-reinforced polymer) have been analyzed, and the retrofit capacity analysis has also been carried out by comparing with the analysis results of a wall without retrofit. As a result of the analysis, the retrofit capacity showing an approximate $26{\sim}28%$ reduction of maximum deflection, according to the retrofit, was confirmed, and it is judged ate suggested analysis technique can be effectively applicable in evaluating effectiveness of retrofit materials and techniques.
In the geophysical monitoring to understand the change of subsurface material properties with time, the time-invariant static subsurface model is commonly adopted to reconstruct a time-lapse image. This assumption of static model, however, can be invalid particularly when fluid migrates very quickly in highly permeable medium in the brine injection experiment. In such case, the resultant subsurface images may be severely distorted. In order to alleviate this problem, we develop a new least-squares inversion algorithm under the assumption that the subsurface model will change continuously in time. Instead of sampling a time-space model into numerous space models with a regular time interval, a few reference models in space domain at different times pre-selected are used to describe the subsurface structure continuously changing in time; the material property at a certain space coordinate are assumed to change linearly in time. Consequently, finding a space-time model can be simplified into obtaining several reference space models. In order to stabilize iterative inversion and to calculate meaningful subsurface images varying with time, the regularization along time axis is introduced assuming that the subsurface model will not change significantly during the data acquisition. The performance of the proposed algorithm is demonstrated by the numerical experiments using the synthetic data of crosshole dc resistivity tomography.
Kim, YeonWook;Kim, JaeHoon;Yang, HoYeong;Park, SungHan;Lee, HwanKyu;Kim, BumKeun;Lee, SeungBum;Kwak, JaeSu
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.11
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pp.1349-1354
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2013
Sealing structure to prevent flowing hot gas into the driving device, located between the driving shaft and the liner of On-Off valve for controlling the hot gas flow path was studied. Wear occurs due to the constant movement of the driving shaft controlled by actuator on graphite as the sealing material. In this paper, the dynamic wear behavior in high temperature of graphite(HK-6) to be used as sealing material was evaluated. Reciprocating wear test was carried out for the graphite(HK-6) to the relative motion between shaft materials(W-25Re). The results of friction coefficient and specific wear rate according to contact load, sliding speed at room temperature and $485^{\circ}C$ considering the actual operating environment were evaluated. Through the SEM analysis of the worn surface, third body as lubricant films were observed and lubricant effect of third body was considered.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.29
no.6
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pp.529-538
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2016
The simplified plate theory is presented for static and free vibration analysis of power-law(P) and sigmoid(S) Functionally Graded Materials(FGM) plates. This theory considers the parabolic distribution of the transverse shear stress, and satisfies the condition that requires the transverse shear stress to be zero on the upper and lower surfaces of the plate, without the shear correction factor. The simplified plate theory uses only four unknown variables and shares strong similarities with classical plate theory(CPT) in many aspects such as stress-resultant expressions, equation of motion and boundary conditions. The material properties of the plate are assumed to vary according to the power-law and sigmoid distributions of the volume fractions of the constituents. The Hamilton's principle is used to derive the equations of motion and Winkler-Pasternak elastic foundation model is employed. The results of static and dynamic responses for a simply supported FGM plate are calculated and a comparative analysis is carried out. The results of the comparative analysis with the solutions of references show relevant and accurate results for static and free vibration problems of FGM plates. Analytical solutions for the static and free vibration problems are presented so as to reveal the effects of the power law index, elastic foundation parameter, and side-to-thickness ratio.
Purpose: The purpose of this study was to observe the change of viscoelastic properties of dental resin cements during polymerization. Materials and methods: Six commercially available resin cement materials (Clearfil SA luting, Panavia F 2.0, Zirconite, Variolink N, RelyX Unicem clicker, RelyX U200) were investigated in this study. A dynamic oscillation-time sweep test was performed with AR1500 stress controlled rheometer at $32^{\circ}C$. The changes in shear storage modulus (G'), shear loss modulus (G"), loss tangent (tan ${\delta}$) and displacement were measured for twenty minutes and repeated three times for each material. The data were analyzed using one-way ANOVA and Tukey's post hoc test (${\alpha}$=0.05). Results: After mixing, all materials demonstrated an increase in G' with time, reaching the plateau in the end. RelyX U200 demonstrated the highest G' value, while RelyX Unicem (clicker type) and Variolink N demonstrated the lowest G' value at the end of experimental time. Tan ${\delta}$was maintained at some level and reached the zero at the starting point where G' began to increase. The tan ${\delta}$and displacement of the tested materials showed similar pattern in the graph within change of time. The displacement of all 6 materials approached to zero within 6 minutes. Conclusion: Compared to other resin cements used in this study, RelyX U200 maintained plastic property for a longer period of time. When it completed the curing process, RelyX U200 had the highest stiffness. It is convenient for clinicians to cement multiple units of dental prostheses simultaneously.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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