Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.33
no.3
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pp.171-178
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2020
In this study, we develop MPI-OpenMP hybrid parallelization for multibody peridynamic simulations. Peridynamics is suitable for analyzing complicated dynamic fractures and various discontinuities. However, compared with a conventional finite element method, nonlocal interactions in peridynamics cost more time and memory. In multibody peridynamic analysis, the costs increase due to the additional interactions that occur when computing the nonlocal contact and ghost interlayer models between adjacent bodies. The costs become excessive when further refinement and smaller time steps are required in cases of high-velocity impact fracturing or similar instances. Thus, high computational efficiency and performance can be achieved by parallelization and optimization of multibody peridynamic simulations. The analytical code is developed using an Intel Fortran MPI compiler and OpenMP in NURION of the KISTI HPC center and parallelized through MPI-OpenMP hybrid parallelization. Further parallelization is conducted by hybridizing with OpenMP threads in each MPI process. We also try to minimize communication operations by model-based decomposition of MPI processes. The numerical results for the impact fracturing of multiple bodies show that the computing performance improves significantly with MPI-OpenMP hybrid parallelization.
This study was conducted to judge requalification of cylinders by assessing composite flaws such as scratches, cuts, and gouges damaging on the composite of Type III cylinders for compressed natural gas vehicles. As a result of the flaw tolerance test, all specimens have satisfied with minimum requirement cycles according to damage levels based on ISO 19078 and cyclic performance for pressure showed beyond twenty thousands in damage level 1 and 2, and did eighteen thousands to twenty-one thousands in damage level 3. Eight of twelve specimens failed the test due to composite flaws and the rest of the cylinders failed regardless of flaws. The results of Finite Element Method followed by the computer simulation indicated that the stress of 79.5 MPa calculated on the flaw model of $1.25\;mm{\times}200\;mm$ and the stress of 66.6 MPa on the non-flaw model when the service pressure applied to inside of cylinder. The difference between the models is about 19.37%. We concluded that this difference influences fatigue life and this flaw model is a critical value affecting cyclic performance of cylinders.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.8
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pp.44-54
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2018
Stress and fatigue of the distributor, an equipment of the high-pressure evaporator for the HRSG, were evaluated according to ASME Boiler & Pressure Vessel Code Section VIII Division 2. First, from the results of the piping system analysis model, reaction forces of the tubes connected to the distributor were derived and used as the nozzle load applied to the detailed analysis model of the distributor afterward. Next, the detailed model to analyze the distributor was constructed, the distributor being statically analyzed for the design condition with the steam pressure and the nozzle load. As a result, the maximum stress occurred at the bore of the horizontal nozzle, and the primary membrane stress at the shell and nozzle was found to be less than the allowable. Next, for the transient operating conditions given for the distributor, thermal analysis was performed and the structural analysis was carried out with the steam pressure, nozzle load, and thermal load. Under the transient conditions, the maximum stress occurred at the vertical downcomer nozzle, and of which fatigue life was evaluated. As a result, the cumulative usage factor was less than the allowable and hence the distributor was found to be safe from fatigue failure.
The load carrying capacity of a bridge needs to be properly assessed to operate the bridge safely and maintain it efficiently. For the evaluation of load carrying capacity considering the current state of a bridge, static and quasi-static loading tests with weight-controlled heavy trucks have been conventionally utilized. In these tests, the deflection (or strain) of the structural members loaded by the controlled vehicles are measured and analyzed. Using the measured data, deflection (or strain) correction factor and impact correction factor are calculated. These correction factors are used in the enhancement of the load carrying capacity of a bridge, reflecting the real state of a bridge. However, full or partial control of the traffic during the tests and difficulties during the installment of displacement transducers or strain gauges may cause not only inconvenience to the traffic but also the increase of the logistics cost and time. To overcome these difficulties, an alternative method is proposed using an excited response part of full measured ambient acceleration data by ordinary traffic on a bridge without traffic control. Based on the modal properties extracted from the ambient vibration data, the initial finite element (FE) model of a bridge can be updated to represent the current real state of a bridge. Using the updated FE model, the deflection of a bridge akin to the real value can be easily obtained without measuring the real deflection. Impact factors are obtained from pseudo-deflection, which is obtained by double-integration of the acceleration data with removal of the linear components on the acceleration data. For validation, a series of tests were carried out on a steel plategirder bridge of an expressway in Korea in four different seasons, and the evaluated load carrying capacities of the bridge by the proposed method are compared with the result obtained by the conventional load test method.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.38
no.1
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pp.99-107
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2001
Manufacture of fishing vessel is needed the effective material for light, strength, fire and corrosion of water in order to improve durability by high-speed and fishing. These fishing vessel can be divided into FRP and AI alloys fishing vessel. FRP fishing vessel is light and effective for strength but highly ignited and susceptible to heat during the manufacturing ship by-produce noxious component for human. In the case of a scrapped ship, it cause environmental pollution. On the other hand, aluminum is a material in return for FRP and has merit of high-strength and lightness. It's more heat proof and durable than FRP and superior to prevent from corrosion. Al alloys fishing vessel development is rising as an urgent matter. But, al alloy has some defect of bad weldability, welding transformation, cracks and overcost of construction. Therefore this study is to develop the new welding joint shape solving aluminum defects and mechanical behavior. First of all, strength was compared and reviewed by analysis of plate, stiffen plate, new model simplified by using plate theory. On the base of this result, plate and new model of temperature distribution, weld residual stress and strength of tensile, compressive force were compared and reviewed by finite element computer program has been developed to deal with heat conduction and thermal elasto plastic problem. Also, new model is proved application possibility and excellent mechanic by strength comparison is established to tensile testing result.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.13
no.2
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pp.122-138
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2001
It is well known that whcn waves propagating on a shallow water suddenly encounter a much deeper water they do not propagate further but are reflected. If we apply this phenomenon to a harbor by making the harbor depth much greater than outside, we could improve the harbor tranquillity by making the waves impinging into the harbor be reflected at the harbor entrance. In the present paper, first we apply the numerical models based' on the mild-slope equation and extended mild-slope equation to calculate the long wave resonances in a rectangular harbor with a very large depth discontinuity at its entrance to find that the difference between the models is almost negligible. By applying the numerical model to a realistic model harbor whose inside is entirely dredged, it is found that the effect of dredging is insignificant when the inside depth is twice the outside one but tripled inside depth significantly reduces the long waves of period of one to five minutes whieh may exert a bad influence on ship motion. Moreover, even when only a portion of the harbor basin is dredged, the cffect of dredging in the dredged area is found to be comparable to that of entire dredging, showing that the dredging of harbor basin can be a countenncasure for harbor resonance.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.4
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pp.413-420
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2012
An aluminum foil-laminated sheet is a laminated steel sheet on which aluminum foil is adhesively bonded. It is usually used on the outer panel of home appliances to provide an aluminum feeling and appearance on the surface of the product. The delamination of aluminum foil is one of the main problems during the stretch forming process. The purpose of this study is was to determine the delamination limit of an aluminum foil-laminated sheet in the stretch forming process. The delamination was dependent on the bonding strength between aluminum foil and steel sheet. The fracture behavior of the interface between the aluminum foil and the steel sheet was described by a cohesive zone model. A finite element was conducted with the cohesive zone model to analyze the relationship between the delamination limit and the bonding strength of the interface. The interface bonding strength was evaluated by lap shear and T-peel test. The delamination limit of the aluminum foil-laminated sheet was determined by using the bonding strength of the steel sheet. The delamination limit was also verified by the Erichsen test.
The objectives of this paper are to develop the structural condition evaluation technique using Falling Weight Deflectometer deflections and propose the structural condition criteria for asphalt pavements. To figure out correlation between surface deflections and critical pavement responses, the synthetic database has been established using the finite element pavement structural analysis program. A regression approach was adopted to develop the pavement response model that can be used to compute the stresses and strains within pavement structure using the FWD deflections. Based on the pavement response model, the procedure for assessing the structural condition of pavement layers was proposed in this study. To validate the condition evaluation procedure for asphalt pavements, the FWD test, dynamic cone penetrometer test, and repeated triaxial compression test were conducted on 11 sections of national highway and 8 sections of local road. Test results indicate that the tensile strain at the bottom of AC layer and AC elastic modulus were good indicators for estimating the stiffness characteristics of AC layer. For subbase layer, the BDI value and compressive strain on top of the subbase layer were appropriate to predict the structural capacity of subbase layer. The BCI value and compressive strain on top of the subgrade were found to be good indicators for evaluating the structural condition of the subgrade. The evaluation criteria for structural condition in asphalt pavements was also proposed in this paper.
Fixed connection is generally used for beam and column connections of concrete structures, but significant damages at the connection due to severe earthquakes have been reported. In order to reduce damages of the connection and improve seismic performance of the connection, several innovative connections have been suggested. One newly proposed connection type allows a rotation of the connection for applications in rotating or rocking beams, columns, and shear walls. Such structural elements would provide a nonlinear lateral force-displacement response since their contact depth developed during rotation is gradually reduced and the stress across the sections of the elements is non-linearly distributed around a contact area, which is called an elastic hinge region in the present study. The purpose of the present study is to define the elastic hinge region or length for the rocking columns, through investigating the cross-sectional stress distribution during their lateral behavior. Performing a finite element analysis (FEA), several parameters are considered including axial load levels (5% and 10% of nominal strength), different boundary conditions (confined-ends and cantilever types), and slenderness ratios (length/depth = 5, 7, 10). The FEA results showed that the elastic hinge length does not directly depend on the parameters considered, but it is governed by a contact depth only. The elastic hinge length started to develop after an opening state and increased non-linearly until a rocking point(pre-rocking). However, the length did not increase any more after the rocking point (post-rocking) and remained as a constant value. Half space model predicting the elastic hinge length is adapted and the results are compared with the numerical results.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.30
no.4
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pp.329-334
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2017
The structures, which are made up with the huge number of degrees-of-freedom and the assembly of substructures, have a great complexity. In order to increase the computational efficiency, the analysis models have to be simplified. Many substructuring techniques have been developed to simplify large-scale engineering problems. The techniques are very powerful for solving nonlinear problems which require many iterative calculations. In this paper, a modal derivatives-based model order reduction method, which is able to capture the stretching-bending coupling behavior in geometrically nonlinear systems, is adopted and investigated for its performance evaluation. The quadratic terms in nonlinear beam theory, such as Green-Lagrange strains, can be explained by the modal derivatives. They can be obtained by taking the modal directional derivatives of eigenmodes and form the second order terms of modal reduction basis. The method proposed is then applied to a co-rotational finite element formulation that is well-suited for geometrically nonlinear problems. Numerical results reveal that the end-shortening effect is very important, in which a conventional modal reduction method does not work unless the full model is used. It is demonstrated that the modal derivative approach yields the best compromised result and is very promising for substructuring large-scale geometrically nonlinear problems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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