A typical viable technique to decrease the seismic response of liquid storage tanks is to isolate them at the base. Base-isolation systems are an efficient and feasible solution to reduce the vulnerability of structures in high seismic risk zones. Nevertheless, when liquid storage tanks are under long-period shaking, the base-isolation systems could have different impacts. These kinds of earthquakes can damage the tanks readily. Hence, the seismic behaviour and vibration of cylindrical liquid storage tanks, subjected to earthquakes, is of paramount importance, and it is investigated in this paper. The Finite Element Method is used to evaluate seismic response in addition to the reduction of excessive liquid sloshing in the tank when subjected to the long-period ground motion. The non-linear stress-strain behaviour pertaining to polymers and rubbers is implemented while non-linear contact elements are employed to describe the 3-D surface-to-surface contact. Therefore, Nonlinear Procedures are used to investigate the fluid-structure interactions (FSI) between liquid and the tank wall while there is incompressible liquid. Part I, examines the effect of the flexibility of the isolation system and the tank aspect ratio (height to radius) on the tank wall radial displacements of the tank wall and the liquid sloshing heights. Maximum stress and base shear force for various aspect ratios and different base-isolators, which are subjected to three seismic conditions, will be discussed in Part II. It is shown that the composite-base isolator is much more effective than other isolators due to its high flexibility and strength combined. Moreover, the base isolators may decrease the maximum level pertaining to radial displacement.
Kim, Ji-Ho;Jeong, Hyeon-Sic;Kwon, Oh-Yeob;Shin, Jong-Ho
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.16
no.1
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pp.25-50
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2014
In order to identify a load transfer mechanism of ground anchors, the behavior of multi load transfer ground anchor systems was investigated and compared with those of compression type anchors and tension type anchors. Large scale model tests were performed and stress-strain relationships were obtained. The load transfer mechanism of ground anchors was also investigated in the field tests. Finally, numerical analyses to predict the load-displacement relationships of anchors were conducted. It is concluded that the load transfer characteristics of MLT anchors are mechanically much more superior in the pull-out resistance effect than those of existing compression and tension type anchors. From the results of research work, we could suggest that the max pull-out capacity of anchor capacity to each the soil condition. Also, the MLT anchors can be used to achieve both structural enhancement and economic construction in earth retaining or supporting structures.
A time-dependent large deformation fracture theory is developed for application to soft biological tissues. The theory uses the quasilinear viscoelastic theory of Fung, and particularizes it to constitutive assumptions on polyvinyl-chloride (PVC) (Part I) and cartilage (Part II). This constitutive theory is used in a general viscoelastic theory by Christensen and Naghdi and an energy balance to develop an expression for the fracture toughness of the materials. Experimental methods are developed for measuring the required constitutive parameters and fracture data for the materials. Elastic stress and reduced relaxation functions were determined using tensile and shear tests at high loading rates with rise times of 25-30 msec, and test times of 150 sec. The developed method was validated, using an engineering material, PVC to separate the error in the testing method from the inherent variation of the biological tissues. It was found that the the proposed constitutive modeling can predict the nonlinear stress-strain and the time-dependent behavior of the material. As an approximation method, a pseudo-elastic theory using the J-integral concept, assuming that the material is a time-independent large deformation elastic material, was also developed and compared with the time-dependent fracture theory. For PVC. the predicted fracture toughness is $1.2{\pm}0.41$ and $1.5{\pm}0.23\;kN/m$ for the time-dependent theory and the pseudo-elastic theory, respectively. The methods should be of value in quantifying fracture properties of soft biological tissues. In Part II, an application of the developed method to a biological soft tissue was made by using bovine humeral articular cartilage.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.17
no.6
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pp.68-74
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2018
Study on the Ti-6Al-4V have been carried out using cutting simulation, and researches for cutting force and chip shape prediction have been actively conducted under various conditions. However, a 3D printer application method using Ti-6Al-4V metal powder material as a high-power method has been studied for the purpose of prototyping, mold modification and product modification while lowering material removal rate. However, in the case of products / parts made of 3D printers using powder materials, problems may occur in the contact surface during tolerance management and assembly due to the degradation of the surface quality. As a result, even if a 3D printer is applied, post-processing through cutting is essential for surface quality improvement and tolerance management. In the cutting simulation, the cutting force and the chip shape were predicted based on the Johnson-Cook composition equation, but the shape of the shear type chip was not predictable. To solve this problem, we added a damaging term or strain softening term to the Johnson-Cook constitutive equation to predict chip shape. In this thesis, we applied the constant value of the S-K equations to the cutting simulation to predict the cutting force and compare with the experimental data to verify the validity of the cutting simulation and analyzed the machining characterization by considering conditions.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.22
no.4
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pp.492-500
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2019
Equal channel angular pressing(ECAP) is a severe plastic deformation technique capable of introducing large shear strain in bulk metal materials. However, if an ECAPed material has an inhomogeneous microstructure and anisotropic mechanical properties, this material is difficult to apply as structural components subjected to multi-axial stress during use. In this study, extruded oxygen-free copper(OFC) rods with a large diameter of 42 mm are extruded through ECAP by route Bc up to 12 passes. The variations in the microstructure, hardness, tensile properties, and microstructural and mechanical homogeneity of the ECAPed samples are systematically analyzed. High-strength OFC rods with a homogeneous and equiaxed-ultrafine grain structure are obtained by the repeated application of ECAP up to 8 and 12 passes. ECAPed samples with 4 and 8 passes exhibit much smaller differences in terms of the average grain sizes on the cross-sectional area and the tensile strengths along the axial and circumferential directions, as compared to the samples with 1 and 2 passes. Therefore, it is considered that the OFC materials, which are fabricated via the ECAP process with pass numbers of a multiple of 4, are suitable to be applied as high-strength structural parts used under multi-axial stress conditions.
This study aims to solve for nonlinear cylindrical shell systems with a semi-analytical and numerical approach implementing the P-T method. The procedures and conditions for such a study are presented in practically solving and analyzing the cylindrical shell systems. An analytical model for a nonlinear thick cylindrical shell (TCS) is established on the basis of the stress function and Reddy's higher-order shear deformation theory (HSDT). According to Reddy's HSDT, Hooke's law in three dimensions, and the von-Kármán equation, the stress-strain relations are developed for the thick cylindrical shell systems, and the three coupled nonlinear governing equations are thus established and discretized as per the Galerkin method, for implementing the P-T method. The solution generated with the approach is continuous everywhere in the entire time domain considered. The approach proposed can also be used to numerically solve and analyze the nonlinear shell systems. The procedures and recurrence relations for numerical solutions of shell systems are presented. To demonstrate the application of the approach in numerically solving for nonlinear cylindrical shell systems, a specific nonlinear cylindrical shell system subjected to an external excitation is solved numerically. In numerically solving for the system, the present approach shows higher efficiency, accuracy, and reliability in comparison with that of the Runge-Kutta method. The approach with the P-T method presented is practically sound especially when continuous and high-quality numerical solutions for the shell systems are considered.
The present research investigates the combination resonance behaviors of porous FG shallow shells reinforced with oblique stiffeners and subjected to a two-term excitation. The oblique stiffeners considered in this research reinforce the shell internally and externally. To model the stiffeners, Lekhnitskii's smeared stiffeners technique is utilized. According to the first-order shear deformation theory (FSDT) and stress functions, a nonlinear model of the oblique stiffened shallow shell is established. With regard to the FSDT and von-Kármán nonlinear geometric assumptions, the stress-strain relationships for the present shell system are developed. Also, in order to discretize the nonlinear governing equations, the Galerkin method is implemented. To obtain the required relations for investigating the combination resonance theoretically, the method of multiple scales is applied. For verifying the results of the present research, generated results are compared with previous research. Additionally, a comparison with the P-T method is conducted to increase the validity of the generated results, as this method has illustrated advantages over other numerical methods in terms of accuracy and reliability. In this method, the piecewise constant argument is used jointly with the Taylor series expansion, which is why it is named the P-T method. The effects of stiffeners with different angles, and the effects of material parameters on the combination resonance behaviors of the present system are addressed. With the findings of this research, researchers and engineers in this field may use them as benchmarks for their design and research of porous FG shallow shells.
In this investigation, results of laboratory tests on four reinforced concrete flat plate interior connections with elongated rectangular column support which has been used widely in tall residential buildings are presented. The purpose of this study is to evaluate an effect of column aspect ratio (${\beta}_c={c_1}/{c_2}$=side length ratio of column section in the direction of lateral loading $(c_1)$ to the direction of perpendicular to $c_1$) on the hysteretic behavior under earthquake type loading. The aspect ratio of column section was taken as $0.5{\sim}3\;(c_1/c_2=1/2,\;1/1,\;2/1,\;3/1)$ and the column perimeter was held constant at 1200mm in order to achieve nominal vertical shear strength $(V_c)$ uniformly. Other design parameters such as flexural reinforcement ratio $(\rho)$ of the slab and concrete strength$(f_{ck})$ was kept constant as ${\rho}=1.0%$ and $f_{ck}=40MPa$, respectively. Gravity shear load $(V_g)$ was applied by 30 percent of nominal vertical shear strength $(0.3V_o)$ of the specimen. Experimental observations on punching failure pattern, peak lateral-load and story drift ratio at punching failure, stiffness degradation and energy dissipation in the hysteresis loop, and steel and concrete strain distributions near the column support were examined and discussed in accordance with different column aspect ratio. Eccentric shear stress model of ACI 318-05 was evaluated with experimental results. A fraction of transferring moment by shear and flexure in the design code was analyzed based on the test results.
The Jeju sand was sampled from the beach in Jeju Island and its basic properties were analyzed. The cementation effect of Jeju coastal sediments was evaluated from in-situ tests such as SPT, CPT, and the Suspension-PS test. It was shown from test results that the Jeju sand has high extreme void ratios due to the angularity of grains and the intra-particle voids of hollow particles, similar to typical calcareous sands. From cone penetration test in the calibration chamber, it was found that the cone resistance($q_c$)-relative density($D_R$)-vertical effective stress(${\sigma}_v'$) relation of Jeju sand almost matches that of high compressible quartz sand. However, the $q_C-D_R-{\sigma}_v'$ correlation suggested for uncemented Jeju sand overestimates the relative density of coastal sediments of Jeju Island due to the cementation effect. From the analysis of the relation of cone resistance, N value, and small strain shear modulus measured in-situ, it seems reasonable to assume that the coastal sediment of Jeju Island is a naturally cemented one.
The purpose of this study is to investigate the mechanical characteristics of plain and steel fiber high strength concrete under uniaxial and biaxial loading condition. A number of plain and steel fiber high strength concrete cubes having 28 days compression strength of 82.7MPa(12,000 psi) were made and tested. Four principal compression stress ratios ($\sigma_2/\sigma_1$=0.00, 050, 0.75 and 1.00), and four fiber concentrations($V_f$ =0.0, 0.5, 1.0 and $1.5\%$) were selected as major test variables. From test results, it is shown that confinement stress in minor stress direction has pronounced effect on the strength and deformational behavior. Both of the stiffness and ultimate strength of the plain and fiber high strength concrete Increased. The maximum increase of ultimate strength occurred at biaxial stress ratio of 0.5($\sigma_2/\sigma_1=0.5$) in the plain high strength concrete and the value were recorded $30\%$ over than the strength under uniaxial condition. The failure modes of plain high strength concrete under uniaxial compression were shown as splitting type of failure but steel fiber concrete specimens under biaxial condition showed shear type failure. The values of elastic modulus were also examined higher than that from ACI and CEB expression under biaxial compression condition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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