A research was conducted to develop a 2-D nonlinear Galerkin finite element analysis of reinforced concrete structures subjected to high temperature with experiments. Algorithms for calculating the closed-form element stiffness for a triangular element with a fully populated material conductance are developed. The validity of the numerical model used in the program is established by comparing the prediction from the computer program with results from full-scale fire resistance tests. Details of fire resistance experiments carried out on reinforced concrete slabs, together with results, are presented. The results obtained from experimental test indicated in that the proposed numerical model and the implemented codes are accurate and reliable. The changes in thermal parameters are discussed from the point of view of changes of structure and chemical composition due to the high temperature exposure. The proposed numerical model takes into account time-varying thermal loads, convection and radiation affected heat fluctuation, and temperature-dependent material properties. Although, this study considered standard fire scenario for reinforced concrete slabs, other time versus temperature relationship can be easily incorporated.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.2
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pp.129-138
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2010
Technical ceramics, due to their unique physical properties, are excellent candidate materials for engineering applications involving extreme thermal and chemical environments. When ceramics are rapidly cooled, they receive thermal shock. The thermal shock parameter is defined as the critical temperature difference. The critical temperature difference for ceramic parts is influenced by its size, the convective heat transfer coefficient, etc. The thermal shock for a component is analyzed by using the transient thermal stress. If the transient thermal stress exceeds the modulus of rupture (MOR), cracking by thermal shock is initiated. The critical temperature difference for water is less than the critical temperature difference for air. The three-way catalyst substrate used in this study has an adequate performance against thermal shock because its radial and axial temperature differences existed below the critical temperature differences.
Park, Jung-Wook;Ryu, Dongwoo;Park, Dohyun;Choi, Byung-Hee;Synn, Joong-Ho;Sunwoo, Choon
Tunnel and Underground Space
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v.23
no.5
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pp.442-453
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2013
A large-scale high-temperature thermal energy storage(TES) was numerically modeled and the heat loss through storage tank walls was analyzed using a commercial code, FLAC3D. The operations of rock cavern type and above-ground type thermal energy storages with identical operating condition were simulated for a period of five consecutive years, in which it was assumed that the dominant heat transfer mechanism would be conduction in massive rock for the former and convection in the atmosphere for the latter. The variation of storage temperature resulting from periodic charging and discharging of thermal energy was considered in each simulation, and the effect of insulation thickness on the characteristics of heat loss was also examined. A comparison of the simulation results of different storage models presented that the heat loss rate of above-ground type TES was maintained constant over the operation period, while that of rock cavern type TES decreased rapidly in the early operation stage and tended to converge towards a certain value. The decrease in heat loss rate of rock cavern type TES can be attributed to the reduction in heat flux through storage tank walls followed by increase in surrounding rock mass temperature. The amount of cumulative heat loss from rock cavern type TES over a period of five-year operation was 72.7% of that from above-ground type TES. The heat loss rate of rock cavern type obtained in long-period operation showed less sensitive variations to insulation thickness than that of above-ground type TES.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2010.09b
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pp.45-52
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2010
Thermal properties of geomaterial are overlooked with other geomechanical properties. The transient line-source (TLS) method is one of the most used testing methods for measuring the thermal conductivity (K) and thermal diffusivity ($\alpha$) of materials. But more recently, Transient Plane-Source method was developed to measure these. It has several advantage of comparing with TSL method, but there has not been documented application in geomaterial. A Resistance Temperature Detector is used to construct sensor. For durability of Probe, Adopt a new technique that two probes are bonded in exact matching. For standard materials, such as glycerin, and ice the measured K and a values of these materials were generally within 2-5% from the standard values in the literature. This document present to evaluate the thermal properties of geomaterials and its application was tested for varying degree of saturation using the Transient Plane Source method. The result of this study suggests that it is an comparatively accurate method for simultaneously measuring thermal conductivity and thermal diffusivity and can identify the feasibility to geomaterial.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2017.05a
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pp.213-217
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2017
Since more than 30% of the liquid rocket engine failures occur during the start-up process, and the Space Shuttle Main Engine (SSME) is especially sensitive to small changes in propellant conditions, a 2% error in the valve position or a 0.1sec timing error could lead to significant damage of the engine, simulation modeling of start-up process is important. However, there are many difficulties associated with engine start-up process caused by nonlinear mass flow and heat transfer characteristics associated with filling an unconditioned engine system with cryogenic propellants. In this paper, we modelled a SSME simulation model using partially Computational Fluid Dynamics (CFD) method to solve these problems and checked the performance by comparing with the performance of the simulation model using the lumped method under the state of normal condition.
Kim, Seong-Lyong;Lee, Jun-Ho;Kim, In-Sun;Cho, Kwang-Rae
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.32
no.8
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pp.54-63
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2004
The inner surface temperatures of the KSR-III Sounding Rocket launched at 29th November 2002 were measured in the flight test, and the aerodynamic heating rate and outer surface temperature were calculated. The used program is the MINIVER code, which calculate the boundary layer equation based on the theoretical analysis, and its calculation is simulated on the flight time histories. The analysis considered the inner surface heat transfer with one dimensional solid heat conduction. The results showed that the major interior heat transfer is the radiation heat transfer, and the maximum outer surface temperature due to aerodynamic heating reached to $223^{\circ}C$ at fin and the maximum heating rate is about $133kW/m^2$ at nose cap. The whole analysis proved that the surface temperature remained below the allowable temperature, and the KSR-III thermal design satisfies the thermal environmental conditions.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.39
no.6
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pp.801-809
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2019
NASA's lunar polar exploration mission in 2009 confirmed the presence of ice-layer in the permanently shadowed regions (PSR) of the moon. Since then, studies have been actively conducted to evaluate the ground characteristics for exploring the ice-layer in the polar regions of the Moon. In this study, transient heat transfer analysis for the lunar ground was conducted to predict the ground's temperature that varies with the time and location. As a result of the numerical analysis, it was confirmed that the temperature under the lunar ground converged to below the ice sublimation reference temperature (≒112 K) at above 86° latitude. This model enabled us to identify the regions where there is a high possibility of ice being buried. Besides, we found that the ice-layer in the shallow region, where the temperature deviation is significant, makes ground temperature distribution heterogeneous. Lastly, this study suggested the maximum allowable frictional heat of a drill bit that can preserve the phase of buried ice.
Concrete tunnel lining must be designed to having the fireproof performance because the lining are sometimes exposed to very high temperature due to traffic accident. Such fire temperature may cause explosion of concrete, or collapse of tunnel structure. The purpose of this study is to obtain the fundamental fireproof behavior of fire resistance-engineered cementitious composites(FR-ECC) under fire temperature in order to use the fire protection material in tunnel lining system. The present study conducted the experiment to simulate fire temperature by employing 2 types of FR-ECC and investigated experimentally the explosion and cracks in heated surface of these FR-ECC. Employed temperature curve were hydro carbon(HC, ECl) criterion, which are severe in various criterion of fire temperature. The numerical analysis is carried out the nonlinear transient heat flow analysis and verified against the experimental data. The complex features of behavior in fire conditions, such as thermal expansion, plasticity, cracking or crushing, and material properties changing with temperature are considered. By the use of analytical model, the concrete tunnel subjected to fire loads were analyzed and discussed. With comparison of current concrete materials and FR-ECC, the experimental and analytical results of FR-ECC shows the better fire resistance performance than the other.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.8
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pp.1083-1089
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2010
Shape memory alloys (SMAs) are smart materials. The unique characteristics of SMAs enable the production of large force and displacement. Hence, SMAs can be used in many applications such as in actuators and active structural acoustic controllers; the SMAs can also be used for dynamic tuning and shape control. A SMA torque tube actuator consisting of SMA tubes and superelastic springs is proposed, and the behaviors of the actuator are investigated. From the results of heat transfer analysis, it is proved that the SMA torque tube actuator with both resistive heating of SMA itself and a separate conventional heating rod in the tube core has good performance. The behavior of an actuator system was analyzed by performing a contact analysis, and the twisting motion was noticed when checking the actuation. 3D SMA nonlinear constitutive equations were formulated numerically and implemented by performing a nonlinear analysis by using Abaqus UMAT.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.18
no.5
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pp.401-412
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2016
It is extremely difficult to apply conventional grouting methods to subsea tunnelling construction in the high water pressure condition. In such a condition, the rapid artificial freezing method can be an alternative to grouting to form a watertight zone around freezing pipes. For a proper design of the artificial freezing method, the influence of salinity on the freezing process has to be considered. However, there are few domestic tunnel construction that adopted the artificial freezing method, and influential factors on the freezing of the soil are not clearly identified. In this paper, a series of laboratory experiments were performed to identify the physical characteristics of frozen soil. Thermal conductivity of the frozen and unfrozen soil samples was measured through the thermal sensor adopting transient hot-wire method. Moreover, a lab-scale freezing chamber was devised to simulate freezing process of silica sand with consideration of the salinity of pore-water. The temperature in the silica sand sample was measured during the freezing process to evaluate the effect of pore-water salinity on the frozen rate that is one of the key parameters in designing the artificial freezing method in subsea tunnelling. In case of unfrozen soil, the soil samples saturated with fresh water (salinity of 0%) and brine water (salinity of 3.5%) showed a similar value of thermal conductivity. However, the frozen soil sample saturated with brine water led to the thermal conductivity notably higher than that of fresh water, which corresponds to the fact that the freezing rate of brine water was greater than that of fresh water in the freezing chamber test.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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