Low velocity impact response of rc beam with artificial polyethylene aggregate as concrete block infill

In structural design, an ideal situation for saving materials would be to reduce the weight of the structure without having to compromise on its strength and serviceability. A new lightweight composite reinforced concrete section was developed with a novel use of a lightweight concrete block as infill utilizing Artificial Polyethylene Aggregate (APEA and MAPEA). The concrete near the neutral axis acts as a stress transfer medium between the compression and tension zones. Partial replacement of the concrete near the neutral axis could create a reduction in weight and savings in the use of materials. In this experimental work, APEA and MAPEA were utilized as replacement for normal aggregates (NA) at percentages of 0%, 3%, 6%, and 9%, 12%, and 100% in the concrete mix. In this study, the concrete block infill uses the 100% MAPEA as a replacement for coarse aggregate. A total of sixteen beams were prepared measuring 170 mm × 250 mm × 1000 mm, in which four specimens were used as control samples (NRC) and twelve specimens were the reinforced concrete beam incorporated with different size of concrete block infill (RCAI) consisting of 100% MAPEA. All beams were tested with 100 kg steel weight dropped vertically from a height of 0.6 m and 1.54 m, which was equivalent to 3.5 m/s and 5.5 m/s respectively. Based on the experimental results, the impact force, displacement and crack patterns were affected by the impact load. For RCAI specimens, the impact force was larger but smaller displacement value was observed, compared to the NRC specimens. Furthermore, the width of the cracks generated in the RCAI specimens near the mid-span was less than that on the NRC specimen. All experiment results were validated against FEM. The transient impact force histories, displacement and crack patterns obtained from FEM matched reasonably well with the experiment results. The error reported a range of 1% to 15%. The results showed that the proposed use of concrete block infill produced desirable results under the impact loads. The main advantages of the concrete block infill that utilized MAPEA from waste plastic bags due to the weight reduction about 6% in the concrete beams

Conformal mapping of unbounded multiply connected regions onto canonical slit regions

We present a boundary integral equation method for conformal mapping of unbounded multiply connected regions onto five types of canonical slit regions. For each canonical region, three linear boundary integral equations are constructed from a boundary relationship satisfied by an analytic function on an unboundedmultiply connected region. The integral equations are uniquely solvable. The kernels involved in these integral equations are the modified Neumann kernels and the adjoint generalized Neumann kernels

Evaluation of open pit slope stability using various slope angles and element types

Purpose. The objective of this study is to demonstrate a method to select the optimal slope angle related to three principal factors: safety, productivity and mining costs. Also, it aims to investigate the accuracy of numerical analysis using different element types and order. Methods. Series of two-dimensional elasto-plastic finite-element models has been constructed at various slope angles (e.g. 40°, 45°, 50°, 55°, 60°, 65°, and 70°) and different element types (e.g. 3-noded triangle (T3), 6-noded triangle (T6), 4-noded quadrilateral (Q4) and 8-noded quadrilateral (Q8).The results are presented, discussed and compared at various slope angles and element types in terms of critical strength reduction factor (CSRF) or its equivalent factor of safety (FOS), total rock slope displacement, mine production and mining costs. Findings. The results reveal that, the mine productivity increases as slope angle increases, however, slope stability deteriorates. Alternatively, the factor of safety (FOS) decreases as slope angle becomes steeper (e.g. minimum factor of safety is obtained at highest steep angle of 70°). Despite of the increasing in computation time, the analysis shows that, the accuracy of the modelling increases when adopting high-order element types (e.g. 8-noded quadrilateral and 6-noded triangle elements). Originality. This study provides a methodology for the application of the numerical modelling methods on open pit mine. As a result, the mine planners will be able to know ahead of time the optimal slope angle with respect to safety, production and mining costs. Practical implications. This study sheds light on the usefulness of adopting numerical modelling analysis in the feasibility studies to determine and compare mining costs against safety and slope angle.Мета. Розробка методики для підбору оптимального кута нахилу борта кар’єру з видобутку мідно-нікелевих руд з урахуванням трьох головних чинників: безпека, продуктивність та витрати, а також перевірка точності чисельного аналізу при використанні елементів різного типу і порядку. Методика. Побудовано серії двовимірних пружно-пластичних кінцево-елементних моделей (КЕМ) для різних кутів нахилу борта кар’єру (наприклад, 40°, 45°, 50°, 55°, 60°, 65° і 70°) та з елементами різного типу (3-вузловий трикутник (T3), 6-вузловий трикутник (T6), 4-вузловий чотирикутник (Q4) і 8-вузловий чотирикутник (Q8)). Чисельне моделювання виконано у програмному продукті Rock and Soil 2-Dimensional Analysis Program. В якості критерію руйнування прийнято критерій міцності Кулона-Мора. Результати. Дослідження показали, що продуктивність шахти зростає зі збільшенням кута нахилу борта кар’єру; однак при цьому зменшується його стійкість, і навпаки, чим крутіше кут нахилу борта, тим менше коефіцієнт безпеки. Так, мінімальному значенню коефіцієнта безпеки відповідає найбільший кут нахилу 70°. Незважаючи на більш тривалі обчислення, аналіз показав, що точність моделювання зростає при використанні елементів високого порядку (8-вузлового чотирикутника і 6-вузлового трикутника). Наукова новизна. Розроблено новий методичний підхід для застосування чисельного моделювання для оцінки стійкості бортів кар’єрів з точки зору граничного коефіцієнта зниження міцності або його еквівалентного коефіцієнта безпеки, загального зсуву схилів, продуктивності та витрат на видобуток. Практична значимість. Дослідження доводять ефективність застосування чисельного моделювання для визначення доцільності витрат при різних кутах нахилу борта для забезпечення безпеки робіт. В результаті його застосування проектувальники кар’єрів зможуть заздалегідь спланувати оптимальний кут нахилу борта з урахуванням безпеки, продуктивності і витрат.Цель. Разработка методики для подбора оптимального угла наклона борта карьера по добыче медно-никелевых руд с учетом трех главных факторов: безопасность, производительность и затраты, а также проверка точности численного анализа при использовании элементов различного типа и порядка. Методика. Построены серии двумерных упругопластических конечно-элементных моделей (КЭМ) для разных углов наклона борта карьера (например, 40°, 45°, 50°, 55°, 60°, 65° и 70°) и с элементами разного типа (3-узловой треугольник (T3), 6-узловой треугольник (T6), 4-узловой четырехугольник (Q4) и 8-узловой четырехугольник (Q8)). Численное моделирование выполнено в программном продукте Rock and Soil 2-Dimensional Analysis Program. В качестве критерия разрушения принят критерий прочности Кулона-Мора. Результаты. Исследования показали, что производительность шахты растет с увеличением угла наклона борта карьера, однако при этом уменьшается его устойчивость, и наоборот, чем круче угол наклона борта, тем меньше коэффициент безопасности. Так, минимальному значению коэффициента безопасности соответствует самый большой угол наклона 70°. Несмотря на более длительные вычисления, анализ показал, что точность моделирования возрастает при использовании элементов высокого порядка (8-узлового четырехугольника и 6-узлового треугольника). Научная новизна. Разработан новый методический подход для применения численного моделирования для оценки устойчивости бортов карьеров с точки зрения предельного коэффициента снижения прочности или его эквивалентного коэффициента безопасности, общего смещения склонов, производительности и затрат на добычу. Практическая значимость. Исследования доказывают эффективность применения численного моделирования для определения целесообразности затрат при различных углах наклона борта для обеспечения безопасности работ. В результате его применения проектировщики шахт смогут заранее спланировать оптимальный угол наклона борта с учетом безопасности, производительности и затрат.The authors acknowledge the support of Rocscience Inc. for getting a free two-week full-version of RS2D (Rock-Soil two-dimensional finite-element analysis program). The authors are grateful for their support

Modeling and Simulation of Regenerative Braking Energy in DC Electric Rail Systems

Regenerative braking energy is the energy produced by a train during deceleration. When a train decelerates, the motors act as generators and produce electricity. This energy can be fed back to the third rail and consumed by other trains accelerating nearby. If there are no nearby trains, this energy is dumped as heat to avoid over voltage. Regenerative braking energy can be saved by installing energy storage systems (ESS) and reused later when it is needed. To find a suitable design, size and placement of energy storage, a good understanding of this energy is required. The aim of this paper is to model and simulate regenerative braking energy. The dc electric rail transit system model introduced in this paper includes trains, substations and rail systems

Hybrid iterative learning control of a flexible manipulator

This paper presents an investigation into the development of a hybrid control scheme with iterative learning for input tracking and end-point vibration suppression of a flexible manipulator system. The dynamic model of the system is derived using the finite element method. Initially, a collocated proportional-derivative (PD) controller using hub angle and hub velocity feedback is developed for control of rigid-body motion of the system. This is then extended to incorporate a non-collocated proportional-integral-derivative (PID) controller with iterative learning for control of vibration of the system. Simulation results of the response of the manipulator with the controllers are presented in the time and frequency domains. The performance of the hybrid iterative learning control scheme is assessed in terms of input tracking and level of vibration reduction in comparison to a conventionally designed PD-PID control scheme. The effectiveness of the control scheme in handling various payloads is also studied