KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.3A
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pp.193-200
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2010
Structural design requires simultaneously to ensure safety by considering quantitatively uncertainties in the applied loadings, material properties and fabrication error and to maximize economical efficiency. As a solution, system reliability-based design optimization (SRBDO), which takes into consideration both uncertainties and economical efficiency, has been extensively researched and numerous attempts have been done to apply it to structural design. Contrary to conventional deterministic optimization, SRBDO involves the evaluation of component and system probabilistic constraints. However, because of the complicated algorithm for calculating component reliability indices and system reliability, excessive computational time is required when the large-scale finite element analysis is involved in evaluating the probabilistic constraints. Accordingly, an algorithm for SRBDO exhibiting improved stability and efficiency needs to be developed for the large-scale problems. In this study, a more stable and efficient SRBDO based on the performance measure approach (PMA) is developed. PMA shows good performance when it is applied to reliability-based design optimization (RBDO) which has only component probabilistic constraints. However, PMA could not be applied to SRBDO because PMA only calculates the probabilistic performance measure for limit state functions and does not evaluate the reliability indices. In order to overcome these difficulties, the decoupled algorithm is proposed where RBDO based on PMA is sequentially performed with updated target component reliability indices until the calculated system reliability index approaches the target system reliability index. Through a mathematical problem and ten-bar truss problem, the proposed method shows better convergence and efficiency than other approaches.
Hwang, Won Tae;Kim, Eun Han;Jeong, Hae Sun;Jeong, Hyo Joon;Han, Moon Hee
Journal of Radiation Protection and Research
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v.38
no.2
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pp.60-67
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2013
A diffusion coefficient is an important parameter in the prediction of atmospheric dispersion using a Gaussian plume model, and its modelling approach varies. In this study, dispersion coefficients recommended by the U. S. Nuclear Regulatory Commission's (U. S. NRC's) regulatory guide and the Canadian Nuclear Safety Commission's (CNSC's) regulatory guide, and used in probabilistic accident consequence analysis codes MACCS and MACCS2 have been investigated. Based on the atmospheric dispersion model for a hypothetical accidental release recommended by the U. S. NRC, its influence to atmospheric dispersion factor was discussed. It was found that diffusion coefficients are basically predicted from a Pasquill- Gifford curve, but various curve fitting equations are recommended or used. A lateral dispersion coefficient is corrected with consideration for the additional spread due to plume meandering in all models, however its modelling approach showed a distinctive difference. Moreover, a vertical dispersion coefficient is corrected with consideration for the additional plume spread due to surface roughness in all models, except for the U. S. NRC's recommendation. For a specified surface roughness, the atmospheric dispersion factors showed differences up to approximately 4 times depending on the modelling approach of a dispersion coefficient. For the same model, the atmospheric dispersion factors showed differences by 2 to 3 times depending on surface roughness.
Purpose: This study was to the fragility evaluation of I-shape curved beam structure subjected to strong ground motions including Gyeongju and Pohang earthquakes Method: In particular, to conduct the analytical model, ABAQUS and ANSYS platform was used in this study. Furthermore, the analytical model using 3D Finite Element Model (FEM) was validated, in comparison to the theoretical solutions at the location of 025L, 05L, and 0.75L in static loading condition. In addition, in order to evaluate the seismic fragility of the curved beam structure, 20 seismic ground motions were selected and Monte-Carlo Simulation was used for the empirical fragility evaluation from 0.2g to 1.5g. Result: It was interesting to find that the probability of the system failure was found at 0.2g, as using 190 MPa limit state and the probability of the failure using 390 MPa limit state was starting from 0.6g. Conclusion: This study showed the comparison of the theoretical solution with analytical solution on I-shaped curved beam structures and it was interesting to note that the system subjected to strong ground motions was sensitive to high frequency earthquake. Further, the seismic fragility corresponding to the curved beam shapes must be evaluated.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.1A
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pp.45-52
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2009
In conventional structural design, deterministic optimization which satisfies codified constraints is performed to ensure safety and maximize economical efficiency. However, uncertainties are inevitable due to the stochastic nature of structural materials and applied loads. Thus, deterministic optimization without considering these uncertainties could lead to unreliable design. Recently, there has been much research in reliability-based design optimization (RBDO) taking into consideration both the reliability and optimization. RBDO involves the evaluation of probabilistic constraint that can be estimated using the RIA (Reliability Index Approach) and the PMA(Performance Measure Approach). It is generally known that PMA is more stable and efficient than RIA. Despite the significant advancement in PMA, RBDO still requires large computation time for large-scale applications. In this paper, A new reliability-based design optimization (RBDO) method is presented to achieve the more stable and efficient algorithm. The idea of the new method is to integrate a response surface method (RSM) with PMA. For the approximation of a limit state equation, the moving least squares (MLS) method is used. Through a mathematical example and ten-bar truss problem, the proposed method shows better convergence and efficiency than other approaches.
Hydrogen production facility using very high temperature gas cooled reactor lies in situation of high temperature and corrosion which makes hydrogen release easily. In that case of hydrogen release, there lies a danger of explosion. However, from the point of thermal-hydraulics view, the long distance of them makes lower efficiency result. In this study, therefore, outlines of hydrogen production using nuclear energy are researched. Several methods for analyzing the effects of hydrogen explosion upon high temperature gas cooled reactor are reviewed. Reliability physics model which is appropriate for assessment is used. Using this model, leakage probability, rupture probability and structure failure probability of very high temperature gas cooled reactor are evaluated and classified by detonation volume and distance. Also based on standard safety criteria which is value of $1{\times}10^{-6}$, safety distance between the very high temperature gas cooled reactor and the hydrogen production facility is calculated.
Purpose: This paper presents a method to evaluate the stockpile reliability of propelling charge for performance and storage safety with storage time. Methods: We consider a performance failure level is the amount of muzzle velocity drop which is the maximum allowed standard deviation multiplied by 6. The lifetime for performance is estimated by non-linear regression analysis. The state failure level is assumed that the content of stabilizer is below 0.2%. Because the degradation of stabilizer with storage time has both distribution of state and distribution of lifetime, it must be evaluated by stochastic process method such as gamma process. Results: It is estimated that the lifetime for performance is 59 years. The state distribution at each storage time can be shown from probability density function of degradation. It is estimated that the average lifetime as $B_{50}$ life is 33 years from cumulative failure distribution function curve. Conclusion: The lifetime for storage safety is shorter than for performance and we must consider both the lifetime for storage safety and the lifetime performance because of variation of degradation rate.
Reliability based design and assessment (RBDA) methodology is one of the newest directions of natural gas pipeline design method. Reliability targets are used to ensure that safety levels are met relevant limit states in the stage of design and maintenance. The target reliability for ultimate limit states such as large leak and rupture were developed using tolerable risk criteria for individual and societal risk. This paper shows the reliability target can be met through the implementation of periodic maintenance measures during the life cycle of the pipelines. The case study involves the calculation of the failure probability due to equipment impact, the calculation of the failure probability due to corrosion, and the estimation the re-inspection interval for domestic natural gas transmission pipelines.
In this study, we write down the definitions, their causes and the techniques of analysis as a theoretical consideration of common cause failures, and investigate the limitation and the importance of the common cause failures by applying to the analysis on the fire protection as a representative safety facility. As you can know in the reliability analysis, most impressive cause is the malfunctions of pumping operations; especially the common cause failure of two pumps is dominant. In other words, it is possible to assess system-reliability as twice as actual without CCF From these, CCF is extraordinarily important and the results are highly dependent on the CCF factor. And although it would increase with multiple installations, the reliability are not defined as linear with those multiplications. In addition, the differences in results due to the models for analysis are not significant, whereas the various sources of data produce highly different results. Therefore, we conclude that the reliabilities are dependent on the quality of the usable data much better than the variety of models. As a result, the basic and engineering device for the preventions of CCF of the multiple facilities is to design it as reliably as to design the fire-water pump. That is to say, we must assess those reliabilities using PFD whether they are appropriate to SIL (Safety Integrity Level) which is required for the reliability in SIS (Safety Instrumented System). The result of the analysis on the reliability of the fire-water supply with CCF shows that PFD is 3.80E-3, so that it cannot be said to be designed as safely as in the level of SIL5. However, without CCF, PFD is 1.82E-3 which means that they are designed as unsafely as before.
BACKGROUND: Many edible mushrooms are known to accumulate high levels of heavy metals. This research was focused on health risk assessment to investigate the mushrooms in Korea, arsenic (As), cadmium (Cd), lead (Pb) and mercury (Hg) contaminations in edible mushrooms in cultivated areas were investigated, and health risk was assessed through dietary intake of mushrooms. METHODS AND RESULTS: The heavy metals in mushrooms were analyzed by ICP/MS after acid digestion. Probabilistic health risk were estimated by Monte-Carlo simulation techniques. The average contents of As, Cd, Pb, and Hg were $0.035{\pm}0.042$ mg/kg, $0.017{\pm}0.020$ mg/kg, $0.043{\pm}0.013$ mg/kg, and $0.004{\pm}0.004$ mg/kg, respectively. The results showed that contents of Cd and Pb did not exceed maximum residual levels established by European Uion regulation (Cd 0.20 mg/kg and Pb 0.30 mg/kg). For health risk assessment, estimated intakes in all age populations did not exceed the provisional tolerable daily intake of As and Hg, provisional tolerable monthly intake of Cd, provisional tolerable weekly intake of Pb. The Hazard Index (HI) were ranged from $0.03{\times}10^{-4}{\sim}0.01{\times}10^{-3}$ for As, $0.02{\times}10^{-3}{\sim}0.81{\times}10^{-3}$ for Cd, $0.06{\times}10^{-3}{\sim}0.38{\times}10^{-3}$ for Pb, and $0.08{\times}10^{-4}{\sim}0.14{\times}10^{-3}$ for Hg at general population. CONCLUSION: The HI from the ratio analysis between daily exposure and safety level values was less than 1.0. This results demonstrated that human exposure to heavy metals through dietary intake of mushrooms might not cause adverse effect.
Kim, Ik Hyun;Dan, Seungkyu;Cho, Seonghyun;Lee, Gibaek;Yoon, En Sup
Korean Chemical Engineering Research
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v.52
no.4
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pp.467-474
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2014
Preliminary design in chemical process furnishes economic feasibility through calculation of both mass balance and energy balance and makes it possible to produce a desired product under the given conditions. Through this design stage, the process possesses unchangeable characteristics, since the materials, reactions, unit configuration, and operating conditions were determined. Unique characteristics could be very economic, but it also implies various potential risk factors as well. Therefore, it becomes extremely important to design process considering both economics and safety by integrating process simulation and quantitative risk analysis during preliminary design stage. The target of this study is LNG liquefaction process. By the simulation using Aspen HYSYS and quantitative risk analysis, the design variables of the process were determined in the way to minimize the inherent explosion risks and operating cost. Instead of the optimization tool of Aspen HYSYS, the optimization was performed by using stochastic optimization algorithm (Covariance Matrix Adaptation-Evolution Strategy, CMA-ES) which was implemented through automation between Aspen HYSYS and Matlab. The research obtained that the important variable to enhance inherent safety was the operation pressure of mixed refrigerant. The inherent risk was able to be reduced about 4~18% by increasing the operating cost about 0.5~10%. As the operating cost increases, the absolute value of risk was decreased as expected, but cost-effectiveness of risk reduction had decreased. Integration of process simulation and quantitative risk analysis made it possible to design inherently safe process, and it is expected to be useful in designing the less risky process since risk factors in the process can be numerically monitored during preliminary process design stage.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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