Purpose: This study was conducted to experimentally investigate the structural safety of and identify critical locations in a front-end loader under impact loads. Methods: Impact and static tests were conducted on a commonly used front-end loader mounted on a tractor. In the impact test, the bucket of the front-end loader with maximum live load was raised to its maximum lift height and was allowed to free fall to a height of 500 mm above the ground where it was stopped abruptly. For the static test, the bucket with maximum live load was raised and held at the maximum lift height, median height, and a height of 500 mm from the ground. Strain gages were attached at twenty-three main locations on the front-end loader, and the maximum stresses and strains were measured during respective impact and static tests. Results: Stresses and strains at the same location on the loader were higher in the impact test than in the static test, for most of measurement locations. This indicated that the front-end loader was put under a severe environment during impact loading. The safety factors for stresses were higher than 1.0 at all locations during impact and static tests. Conclusions: Since the lowest safety factor was higher than 1.0, the front-end loader was considered as structurally safe under impact loads. However, caution must be exercised at the locations having relatively low safety factors because failure may occur at these locations under high impact loads. These important design locations were identified to be the bucket link elements and the connection elements between the tractor frame and front-end loader. A robust design is required for these elements because of their high failure probability caused by excessive impact stress.
Shape optimization was performed to obtain the precise shape of cutouts including the internal shape of cutouts in laminated composite plates by three dimensional modeling using solid element. The volume control of the growth-strain method was implemented and the distributed parameter chosen as Tsai-Hill fracture index for shape optimization. The volume control of the growth-strain method makes Tsai-Hill failure index at each element uniform in laminated composites under the initial volume. Then shapes optimized by Tsai-Hill failure index were compared with those of the initial shapes for the various load conditions and cutouts. The following conclusions were obtained in this study (1) It was found that growth-strain method was applied efficiently to shape optimization of three dimensional cutouts in a laminated composite plate, (2) The optimal shapes on the various load conditions and cutouts were obtained, (3) The maximum Tsai-Hill failure index was reduced up to 67% when shape optimization was performed under the initial volume by volume control of growth-strain method.
The purpose of this study is to evaluate the structural safety at the topside weldment of hull structure, which was welded after launching. For it, the variations of residual stress and distortion at the topside weldment with loading conditions such as hull girder hogging bending moment after launching and free initial loading state was evaluated by using FEA. And the maximum stress range at the weldment under design loads specified by classification society was evaluated by FEA. In this case, the residual stress and welding distortion at the topside weldment was assumed to be initial imperfection. In accordance with FEA results, regardless of initial loading condition, tensile residual stress was found. However, the residual stress and welding distortion at the topside weldment produced under hogging condition was less than those of topside weldment under free loading state. That is, the amount of residual stress at the topside weldment decreased with an increase in the amount of tension load caused by hogging condition. It was because the compressive thermal strain at the topside weldment produced during welding was reduced by tensile load. However, the maximum stress range at the topside weldment under maximum hull girder bending moment was almost similar regardless of initial loading condition. So, if the problem related to the soundness of weldment is not introduced by initial load, the effect of initial loading condition during welding on fatigue strength of topside weldment could be negligible.
최근 해상 교량 기초 시공 중 차수 및 연직 하중을 지지하는 역할을 수행하는 대형 원형 강관 가설 공법이 제안되었다. 하지만, 대형 원형 강관의 시공 및 운용 중에 발생할 수 있는 선박 충돌과 같은 위부 요인은 구조물의 안정성에 악영향을 줄 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 외부 충격에 의한 대형 원형 강관의 동적 반응을 평가할 수 있는 기법을 개발하기 위해 실내 실험을 통한 기초 연구를 수행하였다. 실내 실험에서는 해상에 설치된 대형 원형 강관을 모사하기 위하여 소형 모형 강관을 토조에 설치하였고, 토조 속 흙의 높이와 수위는 각각 23cm와 25cm로 설정하였다. 수위는 40cm, 55cm, 70cm로 변화시켜가며 실험을 수행하였다. 선박 충돌을 모사하기 위하여 모형 강관의 상부를 해머로 타격하였으며, 모형 강관의 길이 방향으로 설치된 변형률계와 상부에 설치된 가속도계로 신호를 측정하였다. 실험결과, 변형률계로 측정된 변형률이 모형 강관의 상부에서 하부로 내려갈수록 감소하였다. 변형률계로 측정된 신호의 주파수는 충격이 가해지면 상시미진동 주파수보다 크게 증가하였지만, 수위 아래에 위치한 변형률계에서 측정된 주파수는 큰 증가를 나타내지 않았다. 가속도계로 측정된 신호의 최대 주파수는 충격이 가해지면 상시미진동 주파수보다 크게 증가하였다. 수위가 증가하면 최대 주파수는 감소하지만, 상시미진동 주파수보다는 크게 나타났다. 본 연구의 결과는 변형률계와 가속도계가 대형 원형 강관의 동적 반응 특성을 평가하는데 유용한 지표가 될 수 있음을 보여준다.
In this paper the strain energy density (SED) model is used to analyze the seismic behavior of suspen-domes and a new criterion is established for judging the seismic failure based on a characteristic point in the SED model. Firstly, a nonlinear time-history response analysis was carried out using the finite-element package ANSYS for typical suspen-domes subjected to different ground motions. The seismic responses including nodal displacements, ratios of yielding members, strain energy density and structural maximum deformation energy were extracted corresponding to the increasing peak ground acceleration (A). Secondly, the SED sum ($I_d$) was calculated which revealed that the $I_d-A$ curve exhibited a relatively large change (called a characteristic point) at a certain value of A with a very small load increment after the structures entered the elastic-plastic state. Thirdly, a SED criterion is proposed to judge the seismic failure load based on the characteristic point. Subsequently, the case study verifies the characteristic point and the proposed SED criterion. Finally, this paper describes the unity and application of the SED criterion. The SED method may open a new way for structural appraisal and the SED criterion might give a unified criterion for predicting the failure loads of various structures subjected to dynamic loads.
Kim, Hyeong-Joo;Lee, Kwang-Hyung;Jo, Sung-Kyeong;Jamin, Jay C.
Ocean Systems Engineering
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제4권4호
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pp.309-325
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2014
Geotextile tubes are basically a huge sack filled with sand or dredged soil. Geotextile tubes are made of permeable woven or non-woven synthetic fibers (i.e., polyester or PET and polypropylene or PP). The geotextile tubes' performances in strength, dewatering, retaining solid particles and stacked stability have been studied extensively in the past. However, only little research has been done in the observation of the deformation behavior of geotextile tubes. In this paper, a large-scale apparatus for geotextile tube experiment is introduced. The apparatus is equipped with a slurry mixing station, pumping and delivery station, an observation station and a data station. For this study the large-scale apparatus was utilized in the studies regarding the stresses on the geotextile and the deformation behavior of the geotextile tube. Model tests were conducted using a custom-made woven geotextile tubes. Load cells placed at the inner belly of the geotextile tube to monitor the total soil pressure. Strain gauges were also placed on the outer skin of the tube to measure the geotextile strain. The pressure and strain sensors are attached to a data logger that sends the collected data to a desktop computer. The experiment results showed that the maximum geotextile strain occurs at the sides of the tube and the soil pressure distribution varies at each geotextile tube section.
Shape optimization was performed to obtain a precise shape of cutouts including the internal shape of cutouts in a laminated composite plate by three dimensional modeling using solid element. Volume control of the growth-strain method was implemented and the distributed parameter chosen as Tsai-Hill fracture index for shape optimization. It makes Tsai-Hill failure index at each element uniform in laminated composites under the predetermined volume a designer requires. Shapes optimized by Tsai-Hill failure index were compared with those of the initial shapes for the various load conditions and cutouts. The following conclusions were obtained in this study; (1) It was found that growth-strain method was applied efficiently to shape optimization of three dimensional cutouts in a laminate composite, (2) The optimal shapes of the various load conditions and cutouts were obtained, (3) The maximum Tsai-Hill failure indices of the optimal shapes were remarkably reduced comparing with those of the initial shapes.
Thermo-mechanical and flexural behavior of a wire-bond plastic ball grid array (WB-PBGA) package are characterized by high sensitive moire interferometry. Moire fringe patterns are recorded and analyzed for several bending loads and temperatures. At the temperature higher than $100^{\circ}C$, the inelastic deformation in solder balls become more dominant, so that the bending of the molding compound decreases while temperature increases. The deformation caused by thermally induced bending is compared with that caused by mechanical bending. The strain results show that the solder ball located at the edge of the chip has largest shear strain by the thermal load while the maximum average shear strain by the bending moment occurs in the end solder.
In this study, specimens were made with profile thicknesses and shear reinforcement as parameters. The bending and shear behavior were checked, and comparative analysis was conducted of the results and the theoretical values in order to see the applicability of T-section Modular Composite Profiled Beams (TMPB). In TMPB, the profiles of formwork functions play a structural role resisting the load. Also, the module concept, which is introduced into TMPB, has advantages: it can be mass-produced in a factory, it is lighter than an existing H-beam, it can be fabricated on the spot, and its section size is freely adjustable. The T1 specimens exhibited ductile behavior, where the whole section displayed strain corresponding to yielding strain at least without separation between modules. They also exhibited maximum strength similar to the theoretical values even if shear reinforcement was not applied, due to the marginal difference between shear strength and maximum bending monment of the concrete section. A slip between modules was incurred by shear failure of the bolts in all specimens, excluding the T1 specimen, and therefore bending moment could not be fully displayed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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