This paper describes the applicability of FEA(Finite Element Analysis) to the simulation of pile pullout behavior under various soil conditions (relative density and fines content), in order to evaluate reasonably the pullout resistance of pile. That is, the results of previous research (You et al., 2018) were analyzed by FEA under the same conditions. The FEA results showed that axisymmetric analysis using virtual ground was able to evaluate the skin friction of the pile. Also, axisymmetric analysis, which can apply the shear resistance characteristics of the pile-soil interface in various soil conditions, could be used as an analytical method that can simulate a reasonable pile pullout behavior. Therefore, the analytical model proposed in this study was able to simulate appropriately the pullout behavior based on the stress-strain relationship of the pile-soil interface.
The time-history finite element analysis is usually used to evaluate the seismic response of shallow foundations. However, the literature lacks studies on the influence of the soil constitutive model complexity on the seismic response of shallow foundations. This study, thus, aims to fill this gap by investigating the seismic response of shallow foundation resting on dry silica sand using the linear elastic (LE) model, elastic-perfectly-plastic (EPP) model, and hardening soil with small strain stiffness (HS small) model. These models have been used because it is intended to compare the results of a soil constitutive model that accurately captures the seismic response of the soil-structure interaction problems (which is the HS small model) with simpler models (the LE and EPP models) that are routinely used by practitioners in geotechnical designs. The results showed that the LE model produces a very small seismic settlement value which is approximately equal to zero. The EPP model predicts a seismic settlement higher than that produced using the HS small model for earthquakes with a peak ground acceleration (PGA) lower than 0.25 g for a relative density of 45% and 0.40 g for a relative density of 70%. However, the HS small model predicts a seismic settlement higher than the EPP model beyond the aforementioned PGA values with the difference between both models increases as the PGA rises. The results also showed that the LE and EPP models predict similar trend and magnitude of the acceleration-time relationship directly below the foundation, which was different than that predicted using the HS small model. The results reported in this paper provide a useful benchmark for future numerical studies on the response of shallow foundations subjected to seismic shake.
Han, Bin;Sun, J.B.;Heidarzadeh, Milad;Jam, M.M. Nemati;Benjeddou, O.
Steel and Composite Structures
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v.41
no.5
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pp.761-773
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2021
This study presents a 3D non-linear finite element (FE) assessment of dynamic soil-structure interaction (SSI). The numerical investigation has been performed on the time domain through a Finite Element (FE) system, while considering the nonlinear behavior of soil and the multi-directional nature of genuine seismic events. Later, the FE outcomes are analyzed to the recorded in-situ free-field and structural movements, emphasizing the numerical model's great result in duplicating the observed response. In this work, the soil response is simulated using an isotropic hardening elastic-plastic hysteretic model utilizing HSsmall. It is feasible to define the non-linear cycle response from small to large strain amplitudes through this model as well as for the shift in beginning stiffness with depth that happens during cyclic loading. One of the most difficult and unexpected tasks in resolving soil-structure interaction concerns is picking an appropriate ground motion predicted across an earthquake or assessing the geometrical abnormalities in the soil waves. Furthermore, an artificial neural network (ANN) has been utilized to properly forecast the non-linear behavior of soil and its multi-directional character, which demonstrated the accuracy of the ANN based on the RMSE and R2 values. The total result of this research demonstrates that complicated dynamic soil-structure interaction processes may be addressed directly by passing the significant simplifications of well-established substructure techniques.
Seo, Namhyuk;Lee, Junho;Shin, Woocheol;Jeon, Junhyub;Park, Jungbin;Son, Seung Bae;Jung, Jae-Gil;Lee, Seok-Jae
Journal of Powder Materials
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v.29
no.5
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pp.382-389
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2022
A typical trade-off relationship exists between strength and elongation in face-centered cubic metals. Studies have recently been conducted to enhance strength without ductility reduction through surface-treatment-based ultrasonic nanocrystalline surface modification (UNSM), which creates a gradient microstructure in which grains become smaller from the inside to the surface. The transformation-induced plasticity effect in Fe-Mn alloys results in excellent strength and ductility due to their high work-hardening rate. This rate is achieved through strain-induced martensitic transformation when an alloy is plastically deformed. In this study, Fe-6%Mn powders with different sizes were prepared by high-energy ball milling and sintered through spark plasma sintering to produce Fe-6%Mn samples. A gradient microstructure was obtained by stacking the different-sized powders to achieve similar effects as those derived from UNSM. A compressive test was performed to investigate the mechanical properties, including the yielding behavior. The deformed microstructure was observed through electron backscatter diffraction to determine the effects of gradient plastic deformation.
Steel fiber composite bar (SFCB) is a novel type of reinforcement, which has good ductility and durability performance. Due to the unique pseudo strain hardening tensile behavior of SFCB, different flexural behavior is expected of SFCB reinforced concrete (SFCB-RC) beams from traditional steel bar reinforced concrete (S-RC) beams and FRP bar reinforced concrete (F-RC) beams. To investigate the flexural behavior of SFCB-RC beam, four points bending tests were carried out and different flexural behaviors between S/F/SFCB-RC beams were discussed. An flexural analytical model of SFCB-RC beams is proposed and proved by the current and existing experimental results. Based on the proposed model, the influence of the fiber volume ratio R of the SFCB on the flexural behavior of SFCB-RC beams is discussed. The results show that the proposed model is effective for all S/F/SFCB-RC flexural members. Fiber volume ratio R is a key parameter affecting the flexural behavior of SFCB-RC. By controlling the fiber volume ratio of SFCB reinforcements, the flexural behavior of the SFCB-RC flexural members such as bearing capacity, bending stiffness, ductility and repairability of SFCB-RC structures can be designed.
In the realm of nanotechnology, the nonlocal strain gradient theory takes center stage as it scrutinizes the behavior of spinning cantilever nanobeams and nanotubes, pivotal components supporting various mechanical movements in sport structures. The dynamics of these structures have sparked debates within the scientific community, with some contending that nonlocal cantilever models fail to predict dynamic softening, while others propose that they can indeed exhibit stiffness softening characteristics. To address these disparities, this paper investigates the dynamic response of a nonlocal cantilever cylindrical beam under the influence of external discontinuous dynamic loads. The study employs four distinct models: the Euler-Bernoulli beam model, Timoshenko beam model, higher-order beam model, and a novel higher-order tube model. These models account for the effects of functionally graded materials (FGMs) in the radial tube direction, giving rise to nanotubes with varying properties. The Hamilton principle is employed to formulate the governing differential equations and precise boundary conditions. These equations are subsequently solved using the generalized differential quadrature element technique (GDQEM). This research not only advances our understanding of the dynamic behavior of nanotubes but also reveals the intriguing phenomena of both hardening and softening in the nonlocal parameter within cantilever nanostructures. Moreover, the findings hold promise for practical applications, including drug delivery, where the controlled vibrations of nanotubes can enhance the precision and efficiency of medication transport within the human body. By exploring the multifaceted characteristics of nanotubes, this study not only contributes to the design and manufacturing of rotating nanostructures but also offers insights into their potential role in revolutionizing drug delivery systems.
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.20
no.1
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pp.25-31
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2024
The core shroud of rector vessel internals (RVI) of OPR1000 and ARP1400 is made of Type 304 stainless steel (SS) by bending and welding process that may induce high deformation and residual stress in manufacturing. This work aims to evaluate the susceptibility of stress corrosion crack (SCC) initiation of bent parts of RVI in high temperature primary water environment. For SCC initiation test, tensile specimens were fabricated from the 90 degree bent plate of Type 304 SS (DT specimen), that is an archived part of a Korean APR1400. After the SCC initiation test, the specimen surface was thoroughly examined by optical and scanning electron microscopy, and compared to the specimen fabricated from the as-received plate of Type 304 SS (AR specimen). The surface observation revealed that SCC initiated on the AR specimen surface in typical intergranular (IG) mode, while SCC on the DT specimen occurred in transgrannular mode as well as IG mode. It was also found that the size and number of SCC on the DT specimen were larger than that on the AR specimen. This was attributable to a strain-hardening during the bending process. To compare the susceptibility of SCC initiation, total crack density (TCD) was calculated from the total crack length divided by the measured area of AR and DT specimens. TCD of DT specimen was 4.6 times higher than AR specimen in average, indicating that higher possibility of degradation of bent parts of RVI for a long-term operation.
We investigate the effect of T6 heat treatment on the microstructure and mechanical properties of AA365 (Al-10.3Si-0.37Mg-0.6Mn-0.11Fe, wt.%) alloy fabricated by vacuum-assisted high pressure die casting by means of thermodynamic calculation, X-ray diffraction, scanning and transmission electron microscopy, and tensile tests. The as-cast alloy consists of primary Al (with dendrite arm spacing of 10~15 ㎛), needle-like eutectic Si, and blocky α-AlFeMnSi phases. The solution treatment at 490 ℃ induces the spheroidization of eutectic Si and increase in the fraction of eutectic Si and α-AlFeMnSi phases. While as-cast alloy does not contain nano-sized precipitates, the T6-treated alloy contains fine β' and β' precipitates less than 20 nm that formed during aging at 190℃. T6 heat treatment improves the yield strength from 165 to 186 MPa due to the strengthening effect of β' and β' precipitates. However, the β' and β' precipitates reduce the strain hardening rate and accelerate the necking phenomenon, degrading the tensile strength (from 290 to 244 MPa) and fracture elongation (from 6.6 to 5.0%). Fractography reveals that the coarse α-AlFeMnSi and eutectic Si phases act as crack sites in both the as-cast and T6 treated alloys.
Ali Sadeghi;Mohammad Reza Sohrabi;Seyed Morteza Kazemi
Steel and Composite Structures
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v.52
no.1
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pp.31-43
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2024
A very widely used analytical method (mathematical model), mentioned in Eurocode 3, to examine the connections' bending behavior is the component-based method that has certain weak points shown in the plastic behavior part of the moment-rotation curves. In the component method available in Eurocode 3, for simplicity, the effect of strain hardening is omitted, and the bending behavior of the connection is modeled with the help of a two-line diagram. To make the component method more efficient and reliable, this research proposed its advanced version, wherein the plastic part of the diagram was developed beyond the guidelines of the mentioned Regulation, implemented to connect the end plate, and verified with the moment-rotation curves found from the laboratory model and the finite element method in ABAQUS. The findings indicated that the advanced component method (the method developed in this research) could predict the plastic part of the moment-rotation curve as well as the conventional component-based method in Eurocode 3. The comparison between the laboratory model and the outputs of the conventional and advanced component methods, as well as the outputs of the finite elements approach using ABAQUS, revealed a different percentage in the ultimate moment for bolt-extended end-plate connections. Specifically, the difference percentages were -31.56%, 2.46%, and 9.84%, respectively. Another aim of this research was to determine the optimal dimensions of the end plate joint to reduce costs without letting the mechanical constraints related to the bending moment and the resulting initial stiffness, are not compromised as well as the safety and integrity of the connection. In this research, the thickness and dimensions of the end plate and the location and diameter of the bolts were the design variables, which were optimized using Particle Swarm Optimization (PSO), Snake Optimization (SO), and Teaching Learning-Based Optimization (TLBO) to minimization the connection cost of the end plate connection. According to the results, the TLBO method yielded better solutions than others, reducing the connection costs from 43.97 to 17.45€ (60.3%), which shows the method's proper efficiency.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.4
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pp.383-390
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2015
This study conducted tensile tests on SA508 Gr.1a low alloy steel and SA312 TP316 stainless steel piping materials under various strain rates at room temperature (RT) and $316^{\circ}C$ to investigate the effects of loading rate on the deformation behavior of nuclear piping materials. At RT, the deformation behavior for both pipe materials showed a typical loading rate dependence, i.e., the strength increased and the ductility decreased as the loading rate increased. At $316^{\circ}C$, however, the strength and elongation of SA508 Gr.1a low alloy steel decreased as the loading rate increased, and its reduction of area non-linearly varied with the loading rate. For SA312 TP316 stainless steel, the strength, elongation, and reduction of area at $316^{\circ}C$ were almost the same regardless of the loading rate. At both temperatures, the strain hardening capacity was nearly independent of the loading rate for SA508 Gr.1a low alloy steel, while it decreased with increasing loading rate for SA312 TP316 stainless steel.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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