As the number of hydrogen filling stations for hydrogen supply increases with the progress of low-carbon eco-friendly energy policies, the risk of accidents is also increasing. Actual pressure vessels may have defects such as notches, pores, and inclusions that may occur during the manufacturing process. Therefore, it is necessary to evaluate the integrity of pressure vessels in the case where cracks exist in pressure vessels under internal pressure. In this paper, 3D finite element analysis was used to evaluate the structural safety of hydrogen-filled pressure vessels with surface cracks, and the shape of surface cracks was compared with the commonly used semi-elliptical shape. In the future, these results will be used to predict the remaining life of the pressure vessel in consideration of fracture mechanics.
Piled raft foundation has become widely used in the recent years because it can increase bearing capacity of foundation with control settlement. The design for a piled raft in terms vertical load and lateral load need to understands contribution load behavior to raft and pile in piled raft foundation system. The load-bearing behavior of the piled raft, especially concerning lateral loads, is highly complex and challenge to analyze. The complex mechanism of piled rafts can be clarified by using three dimensional (3-D) Finite Element Method (FEM). Therefore, this paper focuses on free-standing head pile group, on-ground piled raft, and embedded raft for the piled raft foundation systems. The lateral resistant of piled raft foundation was investigated in terms of relationship between vertical load, lateral load and displacement, as well as the lateral load sharing of the raft. The results show that both vertical load and raft position significantly impact the lateral load capacity of the piled raft, especially when the vertical load increases and the raft embeds into the soil. On the same condition of vertical settlement and lateral displacement, piled raft experiences a substantial demonstrates a higher capacity for lateral load sharing compared to the on-ground raft. Ultimately, regarding design considerations, the piled raft can reliably support lateral loads while exhibiting behavior within the elastic range, in which it is safe to use.
Long Chen;Chenlei Xie;Zi Ye;Yonghui Chen;Zhewei Chai;Yun Li
Geomechanics and Engineering
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v.38
no.1
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pp.15-28
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2024
The rapid development of the economy has compelled the widen of highways, and the main challenge of this undertaking lies in the uneven settlement of road embankments. Through field and numerical experiments, this study explores the deformation mechanism of shallow buried pipelines due to road widening. The utilization of Plaxis3D software, which is adapt at simulating complex engineering geological conditions, enables the simulation of the settlement of both the central and right-side road embankments. Comparing with other numerical software such as ABAQUS and COMSOL, Plaxis provided more constitutive models including HS, HSS and Hoek-Brown model. The work concludes that the uneven settlement of road cross-sections is positively correlated with the horizontal distance from the pipeline, with a maximum settlement of 73 mm observed after construction. Furthermore, based on the Winkler's assumption, theoretical settlement and stress calculation methods are established. Results indicate that the maximum difference between the calculated values of this formula and simulated values is 1.9% and 7%, respectively. Additionally, the study investigates the stress and settlement of the pipeline's top under different angles to understand its behavior under various conditions. It finds that with traffic loads applied to the new embankment, a lever effect occurs on the lower pipeline, with the fulcrum located within the central isolation zone, leading to a transition in curve type from "single peak and single valley" to "double peak and single valley." Moreover, the settlement of pipelines on both sides of the central isolation zone and the normal stress of the pipeline's top section are symmetrical.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.10
no.1
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pp.205-215
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2006
In this study 3-D shell FEM model was applied to analyze the behavior of curved steel box girders stiffened by diaphragms. The reliability of the analytical method has been proved by comparing with the existing results. It was also found from this analysis that main factors affecting a distortional stress are length of a girder, curvature of the girder, and spacing of diaphragms. A modelled bridge with 30m of span length and 40m of radius was analyzed to find an optimum spacing of diaphragm, and as a result of applying different spacings, 5m was found to be most appropriate to control the stress ratio regulated by specifications. In the effect of diaphragm shape, the rhamen-typed diaphragm is found to be more effective than the fully filled-up one in the range of opening ratio of 0.4 to 0.6. But, the fully filled-up diaphragm had more efficiency in terms of reducing the distortional stress than X-truss typed diaphragm.
During the construction of circular underground pipe, the non-proper compaction along the pipe and the decrease of compaction efficiency have been the main problems to induce the failure of underground pipe or facility. The use of CLSM (controlled low strength materials) should be one of the possible applications to overcome those problems. In this research, the full-scaled field test and the numeric analysis using PENTAGON-3D FEM program were carried out for three different cases on the change of backfill materials, including the common sand, the soil from construction site, and the CLSM. From the full-scaled test in field, the use of in-situ CLSM as backfill materials reduced the vertical and lateral deformation of the pipe, as well as the deformation of the ground surface. The main reason for reducing the deformation would be the characteristics of the CLSM, especially self-leveling and self-hardening properties. The measured earth pressure at the surround of the corrugated pipe using the CLSM backfills was the smaller than the other cases, and the absolute value was almost zero. Judging from the full-scaled field test and FEM analysis, the use of CLSM as backfill materials should be one of the best choices reducing the failure of the underground pipes.
Kim, Ho-Kyung;Cho, Min-Kook;Cheong, Min-Ho;Shon, Cheol-Soon;Hwang, Sung-Jin;Ko, Jong-Soo;Cho, Hyo-Sung
Journal of Radiation Protection and Research
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v.30
no.2
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pp.69-75
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2005
Gas avalanche microdetectors, such as micro-strip gas chamber (MSGC), micro-gap chamber (MGC), micro-dot chamber (MDOT), etc., are operated under high voltage to induce large electron avalanche signal around micro-size anodes. Therefore, the anodes are highly exposed to electrical damage, for example, sparking because of the interaction between high electric field strength and charge multiplication around the anodes. Gas electron multiplier (GEM) is a charge preamplifying device in which charge multiplication can be confined, so that it makes that the charge multiplication region can be separate from the readout micro-anodes in 9as avalanche microdetectors possible. Primary electron collection efficiency is an important measure for the GEM performance. We have defined that the primary electron collection efficiency is the fractional number of electron trajectories reaching to the collection plane from the drift plane through the GEM holes. The electron trajectories were estimated based on 3-dimensional (3D) finite element method (FEM). In this paper, we present the primary electron collection efficiency with respect to various GEM operation parameters. This simulation work will be very useful for the better design of the GEM.
As the utilization of the underground space is activated, deep excavation of ground has been conducted for the installation of underground structures, the earth retaining wall has widely used to minimize deformation of the excavated ground. In particular, as deep excavation is actively progressing in an urban area where structures are concentrated, methods to minimize the deformation of wall have been devised to prevent damage to the structure adjacent to the wall, and one of these methods is the pre-loading method. This method is a method of suppressing the deformation of wall by actively applying a load on the strut to be installed in wall, and research on this method has been conducted recently. However, although related studies have been actively conducted, the management standard for the pre-loading of bracing has not been clearly presented until now. In addition, since the working force in the strut may increase depending on the depth of excavation or the soil condition of the backfill, the magnitude of the pre-loading that can be applied to the brace may decrease. Nevertheless, the magnitude of the pre-loading (more than 50% of the working load) proposed by the previous research results has been uniformly applied to the strut. In this study, 3D finite element analysis was performed to evaluate the application range of the pre-loading of H-beam strut according to the soil conditions of backfill. As a result of the analysis, it was found that there is a very high possibility that a problem may occur in the stability of the structure of strut due to the earth pressure and the pre-loading when the soil condition is weak and deep excavation proceeds. And it was found that the application range of the pre-loading was 5%~70% of the working load in strut.
Yeo, Sang Rok;Cho, Eun Sang;Hwang, Won Sup;Jeong, Jae Woon
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.1A
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pp.69-78
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2008
In this study, in order to verify the reinforcement effects of the cracked concrete tubes and culverts, static load test was conducted. After the load carrying capacity of the original concrete tubes (nominal diameter 0.8 m, 1.0 m, 1.5 m) and box culverts (inner width 2.0 m. 2.5 m) was reduced by the cracking test, the cracked concrete specimens were strengthened by installing profile with steel stiffener and high strength mortar. And then, the maximum load tests were conducted the renewal concrete tubes and box culverts. According to the method application, the load carrying capacity increased 1.66~3.50 times than it of the original tubes before applying the method. In case of the original box culverts, the load carrying capacity increased 1.66~3.10 times than the case before installing profile and high strength mortar. Also non-linear analysis was carried out by using the commercial FEM program of ABAQUS 6.6. Solid (C3D8R) elements and concrete damage plasticity option was applied to the analysis. For reflecting confined reinforcing bars in the analysis, the composite material properties were used.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.3D
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pp.425-433
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2006
The presented work provided a predictive equation for dynamic modulus of hot mix asphalt, which showed higher reliability and more simplicity. Lots of test result by UTM at laboratory has been used to develop the precise predictive equation. Evaluation of dynamic modulus for 13mm and 19mm surface course and 25mm of base course of hot mix asphalt with granite aggregate and two asphalt binders (AP-3 and AP-5) were carried out. Superpave Level 1 Mix Design with gyrator compactor was adopted to determine the optimum asphalt binder content (OAC) and the measured ranges of OAC were between 5.1% and 5.4% for surface HMA, and around 4.2% for base HMA. The dynamic modulus and phase angle were determined by testing on UTM, with 5 different testing temperature (-10, 5, 20, 40, & $55^{\circ}C$) and 5 different loading frequencies (0.05, 0.1, 1, 10, 25 Hz). Using the measured dynamic modulus and phase angle, the input parameters of Sigmoidal function equation to represent the master curve were determined and these will be adopted in FEM analysis for asphalt pavements. The effect of each parameter for equation has been compared. Due to the limitation of laboratory tests, the reliability of predictive equation for dynamic modulus is around 80%.
This study investigates the biomechanical efficacies of various cement augmentation techniques with or without pressurization for varying degrees of osteoporotic femur. For this study, a biomechanical analysis using a finite element method (FEM) was undertaken to evaluate surgical procedures, Simulated models include the non-cemented(i.e., hip screw only, Type I), the cement-augmented(Type II), and the cemented augmented with pressurization(Type III) models. To simulate the fracture plane and other interfacial regions, 3-D contact elements were used with appropriate friction coefficients. Material properties of the cancellous bone were varied to accommodate varying degrees of osteoporosis(Singh indices, II∼V). For each model. the following items were analyzed to investigate the effect surgical procedures in relation to osteoporosis of varying degrees : (a) von Mises stress distribution within the femoral head in terms of volumetric percentages. (b) Peak von Mises stress(PVMS) within the femoral head and the surgical constructs. (c) Maximum von Mises strain(MVMS) within the femoral head, (d) micromotions at the fracture plane and at the interfacial region between surgical construct and surrounding bone. Type III showed the lowest PVMS and MVMS at the cancellous bone near the bone-construct interface regardless of bone densities. an indication of its least likelihood of construct loosening due to failure of the host bone. Particularly, its efficacy was more prominent when the bone density level was low. Micromotions at the interfacial surgical construct was lowest in Type III. followed by Type I and Type II. They were about 15-20% of other types. which suggested that pressurization was most effective in limiting the interfacial motion. Our results demonstrated the cement augmentation with hip screw could be more effective when used with pressurization technique for the treatment of intertrochanteric fractures. For patients with low bone density. its effectiveness can be more pronounced in limiting construct loosening and promoting bone union.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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