Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.19
no.3
s.73
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pp.223-231
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2006
This study deals with behavior characteristics of laminated composite folded structures according to ratio of folded length based on a higher-order shear deformation theory. Well-known mixed finite element method using Lagrangian and Hermite shape interpolation functions is a little complex and have some difficulties applying to a triangular element. However, a higher-order shear deformation theory using only Lagrangian shape interpolation functions avoids those problems. In this paper, a drilling degree of freedom is appended for more accurate analysis and computational simplicity of folded plates. There are ten degrees of freedom per node, and four nodes per element. Journal on folded plates for effects of length variations is not expressed. Many results in this study are carried out according to ratio of folded length. The rational design is possible through analyses of complex and unpredictable laminated composite folded structures.
A coupled three-dimensional pile group analysis method was developed by considering complex behavior of sub-structures (pile-soil-cap) which included soil nonlinearity and the behavior of super-structure (pier). As an intermediate analysis method between FBPier 3.0 and Group 0.0, it took advantages of each method. Among the components of a pile group, individual piles were modeled with stiffness matrices of pile heads and soils with nonlinear load-transfer curves (t-z, q-z and p-y curves). A pile cap was modeled with modified four-node flat shell elements and a pier with three-dimensional beam element, so that a unified analysis could be possible. A nonlinear analysis method was proposed in this study with a mixed incremental and iteration techniques. The proposed method for a pile group subjected to axial and lateral loads was compared with othe. analytical methods (i.e., Group 6.0 and FBPier 3.0). It was found that the proposed method could predict the complex behavior of a pile group well, even though piles were modelled simply in this study by using pile head stiffness matrices which were different from the method introduced in FBPier 3.0.
The objective of this work is to predict the failure loads, associated maximum transverse displacements, locations and the modes of failure, including the onset of delamination, of thin, flat, square symmetric laminates under the action of uni-axial compression. Two progressive failure analyses, one using Hashin criterion and the other using Tensor polynomial criteria, are used in conjunction with the finite element method. First order shear deformation theory and geometric nonlinearity in the von Karman sense have been employed. Five different types of lay-up sequence are considered for laminates with all edges simply supported. In addition, two boundary conditions, one with all edges fixed and other with mixed boundary conditions for $(+45/-45/0/90)_{2s}$ quasi-isotropic laminate have also been considered to study the effect of boundary restraints on the failure loads and the corresponding modes of failure. A comparison of linear and nonlinear results is also made for $({\pm}45/0/90)_{2s}$ quasi-isotropic laminate. It is observed that the maximum difference between the failure loads predicted by various criteria depend strongly on the laminate lay-ups and the flexural boundary restraints. Laminates with clamped edges are found to be more susceptible to failure due to the transverse shear and delamination, while those with the simply supported edges undergo total collapse at a load slightly higher than the fiber failure load.
The flap-lag-torsion coupled aeroelastic behavior of a hingeless rotor blade with composite flexures in hovering flight has been investigated by using the finite element method. The quasisteady strip theory with dynamic inflow effects is used to obtain the aerodynamic loads acting on the blade. The governing differential equations of motion undergoing moderately large displacements and rotations are derived using the Hamilton's principle. The flexures used in the present model are composed of two composite plates which are rigidly attached together. The lead-lag flexure is located inboard of the flap flexure. A mixed warping model that combines the St. Versant torsion and the Vlasov torsion is developed to describe the twist behavior of the composite flexure. Numerical simulations are carried out to correlate the present results with experimental test data and also to identify the effects of structural couplings of the composite flexures on the aeroelastic stability of the blade. The prediction results agree well with other experimental data. The effects of elastic couplings such as pitch-flap, pitch-lag, and flap-lag couplings on the stability behavior of the composite blades are also investigated.
Fillet welded joints, specially in ship structure, are well known the critical part where stress concentrate or crack initiates and grows. This paper is concerned with the study of the behavior of fatigue crack growth t the root and toe of load carrying cruciform fillet welded joints under three points bending by the determination of stress intensity factor from the J-Integral, using the Finite Element Method. The stress intensity factor was investigated in accordance to the variation of the weld size (H/Tp). weld penetration (a/W) and plate thickness (2a'/Tp). As mixed mode is occurred on account of shearing force under the three points bending, Stern's reciprocal theory is applied to confirm which mode is the major one. The main results may be summarized as follows 1) The calculation formula of the stress intensity factor at the both of root and toe of the joint was obtained to estimate the stress intensity factor in the arbitrary case. 2) The change of stress field around crack tip gives much influence on each other at the roof and toe as H/Tp decreases. 3) Mode I is a major mode under the three points bending.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.31
no.2
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pp.87-95
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2018
This paper introduces a new explicit spectral element method for the simulation of SH-waves in semi-infinite domains. To simulate the wave motion in unbounded domains, it is necessary to reduce the infinite extent to a finite computational domain of interest. To prevent the wave reflection from the trunctated boundaries, perfectly matched layer(PML) wave-absorbing boundary is introduced. The forward problem for simulating SH-waves in PML-truncated domains can be formulated as second-order PDEs. The second-order semi-discrete form of the governing PDEs is constructed by using a mixed spectral elements with Legendre-gauss-Lobatto quadrature method, which results in a diagonalized mass matrix. Then the second-order semi-discrete form is transformed to a first-order, whose solutions are calculated by the fourth-order Runge-Kutta method. Numerical examples showed that solutions of SH-wave in the two-dimensional analysis domain resulted in stable and accurate, and reflections from truncated boundaries could be reduced by using PML boundaries. Elastic wave propagation analysis using explicit time integration method may be apt for solving larger domain problems such as three-dimensional elastic wave problem more efficiently.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.23
no.4
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pp.361-368
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2010
In this paper, the parallel algorithm using MPI(Message-Passing Interface) library is introduced in order to improve numerical efficiency for the staggered method for nearly incompressible and impermeable porous media which was introduced by Park and Tak(2010). The porous media theory and the staggered method are also briefly introduced in this paper. Moreover, we account for MPI library for blocking, non-blocking, and collective communication, and propose combined the staggered method with the blocking and nonblocking MPI library. And then, we present how to allocate CPUs on the staggered method and the MPI library, which is related with the numerical efficiency in order to solve unknown variables on nearly incompressible and impermeable porous media. Finally, the results comparing serial solution with parallel solution are verified by 2 dimensional saturated porous model according to the number of FEM meshes.
Design techniques for the deep mixing method, one of the soft ground improvement methods, include two ways to interpret the ground as composite ground and pile ground. However, since comparative studies on these two approaches are insufficient, it is difficult to clearly define the analysis criteria in the design. In this study, two-dimensional and three-dimensional analyses have been performed with different conditions. The three conditions, the embankment height, depth of soft ground, and replacement ratio of reinforcement zones were varied and the analysis was performed on the basis of the assumption of composite ground and pile ground for each condition. As a result, the minimum depth of improvement in the two-dimensional analysis was deeper by 6.85~9.08% than in the three-dimensional analysis. The pile ground analysis showed that the depth of improvement was deeper by 12.22~14.45% than the composite ground analysis. Based on these results, it is concluded that for more accurate design, three-dimensional analysis should be performed rather than two-dimensional analysis. also, it is judged that necessary to analyze the ground as composite ground for economical design, and as the pile ground analysis for stable design.
The benefits of utilizing internal reinforced members, such as soil nails and ground anchors, in maintaining stable excavations and slopes have been known among geotechnical engineers to be very effective. Occasionally, however, both soil nails and ground anchors are simultaneously used in one excavation site. In the present study, a method of limit equilibrium stability analysis of the excavation zone reinforced with the vertically or horizontally mixed nail-anchor system is proposed to evaluate the global safety factor with respect to a sliding failure. The postulated failure wedges are determined based on the results of the $FLAC^{2D}\; 및\; FLAC^{3D}$ program analyses. This study also deals with a determination of the required thickness of the shotcrete facing. An excessive facing thickness may be required due to both the stress concentration and the relative displacement at the interface zone between the soil nailing system and the ground anchor system. A simple finite element method of analysis is presented to estimate the corresponding relative displacement at the interface zone between two different support systems. As an efficient resolution to reduce the facing thickness, the modified bearing plate system is also proposed. Finally with various analysis related to the effects of design parameters, the predicted displacements are compared with the results of the $FLAC^{2D}$ program analyses.
Kim, T.H.;Chun, S.I.;Han, Y.H.;Kim, D.H.;Mun, C.W.
Journal of Biomedical Engineering Research
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v.30
no.4
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pp.333-340
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2009
MR compatible coaxial-slot antenna for microwave hyperthermia was developed while its structure and size of each part were determined by computer simulation using finite element method(FEM). Its local heating performance was evaluated using tissue-mimic phantom and swine muscles. 2% agarose gel mixed with 6mM/$\ell$$MnCl_2$ as a biological tissue-mimic phantom was heated by the proposed antenna driven by a 2.45GHz microwave generator. The temperature changes of the phantom were monitored using multi-channel digital thermometer at the distance of 0mm, 5mm, 10mm and 20mm from the tip center of the antenna. Also muscle tissue of swine was heated for 2 and 5minutes with 50W and 30W of microwave generator powers, respectively, to evaluate the local heating performance of the antenna. MRI compatibility was also verified by acquiring MR images and MR temperature map. MR signals were acquired from the agarose gel phantom using $T2^*$ GRE sequence with 1.5T clinical MRI scanner(Signa Echospeed, GE, Milwaukee, WI, U.S.A.) at Pusan Paik Hospital and were transferred to PC in order to reconstruct MR images and temperature map using proton resonance frequency(PRF) method and laboratory-developed phase unwrapping algorithm. Authors found that it has no severe distortion due to the antenna inserted into the phantom. Finally, we can conclude that the suggested coaxial-slot antenna has an excellent local heating performance for both of tissue-mimic phantom and swine muscle, and it is compatible to 1.5T MRI scanner.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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