Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.11
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pp.1183-1189
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2015
This study focuses on the design of the tapered joints of a wind power turbine. The main variables of the tapered joint are the transmitted torque, shaft diameter, contact area of the tapered ring, and tightening torque of the bolts, which applies a compressive pressure from the hub to the shaft. The stress distribution of the taper fit was calculated under axisymmetric plane strain conditions because of the small taper angle. The axial displacement of the clamp can be calculated from the radial elastic deformation and the taper angle. The stress field of each ring is obtained from the cylinder stress equation. To verify the accuracy of the calculation, finite element (FE) analysis was performed, and the results of the calculation and FE analysis were compared. The hoop stress of the tapered surface showed a discrepancy of approximately 10, but the trends of the stress distributions of each component and the relative movement obtained by FE analysis were in good agreement with the analytical calculation results.
A pressure vessel is a cylindrical container that accommodates a pressurized fluid. In real life, there are propane canisters and butane canisters. According to data from the Korea Gas Safety Corporation, The number of domestic gas accidents is average 33 cases of domestic gas accidents occurred per year and 20.8 for mobile butane gases. The purpose of this study was to investigate a method to prevent this kind of explosion. Common studies include forced drain through safe holes, forced separation of butane canisters, and manufacturing of high-strength steel. This paper uses a concept that reduces stress inside the cylinder using prestressed method that precede compression. In other words, install a long liner in both ends of the pressure vessel. I want to develop a safety device that acts like a gas intermediate valve.
Axisymmetric modeling of the nuclear containment building has been often employed in practice to estimate structural behavior for the axisymmetric loadings, where the axisymmetric approximation is required for the actual non-axisymmetric tendon arrangements in the dome. In the preceding companion paper, some procedures are proposed for the domestic CANDU and KSNP type containments that can implement the actual 3-dimensional tendon stiffness and prestressing effect into the axisymmetric model. In this paper, the proposed schemes are verified through some numerical examples comparing the results of the actual 3-dimensional model with those of some axisymmetric models. The results of the proposed axisymmetric analyses show relatively good agreements with the actual structural behavior especially for the CANDU type. Also, it is shown that proper level of the prestressing in a hoop direction plays an important role to predict the actual prestressing effect in the axisymmetric dome modeling. Finally, correction factors are discussed that can revise some approximations introduced in the derivations.
Prestressing tendons in a nuclear containment building dome are non-axisymmetrically arranged in most cases. However, simple axisymmetric modeling of the containment has been often employed in practice to estimate structural behavior for the axisymmetric loadings such as an internal pressure. In this case, the axisymmetric approximation is required for the actual tendon arrangements in the dome. Some procedures are proposed that can implement the actual 3-dimensional tendon stiffness and prestressing effect into the axisymmetric model. Prestressing tendons, which are arranged in 3 or 2-ways depending on a containment type, are converted into an equivalent layer to consider the stiffness contribution in meridional and hoop directions. In order to reflect the prestressing effect, equivalent load method and initial stress method are devised and the corresponding loads or stresses are derived in terms of the axisymmetric model. In a companion paper, the proposed schemes are applied into CANDU and KSNP(Korean Standard Nuclear Power Plant) type containments and are verified through some numerical examples comparing the analysis results with those of the actual 3-dimensional model.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.32
no.5
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pp.297-304
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2019
In this research, crack propagation in a silicon anode during two-phase lithiation was evaluated using a cohesive zone model. The phase transition from crystalline silicon to lithiated silicon causes compressive yielding due to the high volume expansion rate. Li-ion diffuses from the surface of the silicon to its core, and the complex deformation mechanisms during lithiation cause tensile hoop stress along the surface. The Park-Paulino-Roesler (PPR) potential-based cohesive zone model that guarantees consistent energy dissipation in mixed-mode fracture was adopted to simulate edge crack propagation. It was confirmed that the edge crack propagation characteristics during lithiation from the FEM simulation results coincided with the real experimental results. Crack turning observed from real experiments could also be predicted by evaluating the angles of maximum tensile stress directions.
Chen, Ping;Qiu, Bowen;Li, Yuanming;Wu, Yingwei;Hui, Yongbo;Deng, Yangbin;Zhang, Kun
Nuclear Engineering and Technology
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v.53
no.4
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pp.1236-1249
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2021
Although there are still controversial opinions and uncertainty on application of SiCf/SiC composite cladding as next-generation cladding material for its great oxidation resistance in high temperature steam environment and other outstanding advantages, it cannot deny that SiCf/SiC cladding is a potential accident tolerant fuel (ATF) cladding with high research priority and still in the engineering design stage for now. However, considering its disadvantages, such as low irradiated thermal conductivity, ductility that barely not exist, further evaluations of its in-pile behaviors are still necessary. Based on the self-developed code we recently updated, relevant thermohydraulic and mechanical models in FROBA-ATF were applied to simulate the cladding behaviors under normal and accident conditions in this paper. Even through steady-state performance analysis revealed that this kind of cladding material could greatly reduce the oxidation thickness, the thermal performance of UO2-SiC was poor due to its low inpile thermal conductivity and creep rate. Besides, the risk of failure exists when reactor power decreased. With geometry optimization and dopant addition in pellets, the steady-state performance of UO2-SiC was enhanced and the failure risk was reduced. The thermal and mechanical performance of the improved UO2-SiC was further evaluated under Loss of coolant accident (LOCA) and Reactivity Initiated Accident (RIA) conditions. Transient results showed that the optimized ATF had better thermal performance, lower cladding hoop stress, and could provide more coping time under accident conditions.
Shield tunnels are widely used throughout the world. However, their seismic performance has not been well studied. This paper focuses on the seismic response of a large scale model tunnel in compacted sand. A 9.3 m long, 3.7 m wide and 2.5 m high rigid box was filled with sand so as to simulate the sandy soil surrounding the tunnel. The setup was excited on a large-scale shake table. The model tunnel used was a 1:8 scaled model with a cross-sectional diameter of 900 mm. The effective shock absorbing layer (SAL) on the seismic response of the model tunnel was also investigated. The thickness of the tunnel lining is 60 mm. The earthquake motion recorded from the Kobe earthquake waves was used. The ground motions were scaled to have the same peak accelerations. A total of three peak accelerations were considered (i.e., 0.1 g, 0.2 g and 0.4 g). During the tests, the strain, acceleration and soil pressure on the surface of the tunnel were measured. In order to investigate the effect of shock absorbing layer on the dynamic response of the sand- tunnel system, two tunnel models were set up, one with and one without the shock absorbing layer of foam board were used. The results shows the longitudinal direction acceleration of the model tunnel with a shock absorbing layer were lower than those of model tunnel without the shock absorbing layer, Which indicates that the shock absorbing layer has a beneficial effect on the acceleration reduction. In addition, the shock absorbing layer has influence on the hoop strain and earth pressure of the model tunnel, this the effect of shock absorbing layer to the model tunnel will be discussed in the paper.
Composite materials have been widely applied for fabricating pressure vessels used for storing gaseous and liquid fuel because of their high specific stiffness and specific strength. Accordingly, the accurate measurement of their mechanical property, particularly the burst pressure or fracture strain, is essential prior to the commercial release. However, verification of the safety of composite pressure vessels using conventional test methods poses some limitations because it may lead to the deformation of the load transferring media or provoke an additional energy loss that cannot be ignored. Therefore, in this study, the segment-type ring burst test device was designed considering the theoretical load transferring ratio and applicable displacement of the vertical column. Moreover, to verifying the uniform distribution of pressure of the segment type ring burst test device, the hoop stress and strain distribution of ring specimens were compared with that of the hydraulic pressure test method via FEM. To conduct a simulation of the fracture behavior of the composite pressure vessel, a Hashin failure criterion was applied to the ring specimen. Furthermore, the fracture strain was also measured from the experiment and compared with that of the result from the FEM.
Shaker, Fattouh M.F.;Ghanem, Gouda M.;Deifalla, Ahmed F.;Hussein, Ibrahim S.;Fawzy, Mona M.
Steel and Composite Structures
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v.44
no.3
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pp.295-307
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2022
The objective of this research is to study experimentally the behavior of stiffened steel tubes (CFSTs). Considered parameters are stiffening methods by through-bolts or shear connectors with different configurations. In addition, the effect of global (ratio between length to diameter) and local (proportion between diameter to thickness) slenderness ratios are investigated. Load application either applied on steel only or both steel and concrete is studied as well. Case of loading on steel only happens when concrete inside the column shrinks. The purpose of the research is to improve the behavior of CFSTs by load transfer between them and different stiffening methods. A parametric experimental study that incorporates thirty-three specimens is carried out to highlight the impact of those parameters. Different outputs are recorded for every specimen such as load capacities, vertical deflections, longitudinal strains, and hoop strains. Two modes of failure occur, yielding and global buckling. Shear connectors and through-bolts improve the ultimate load by up to 5% for sections loaded at steel with different studied global slenderness and local slenderness equal 63.5. Meanwhile, shear connectors or through bolts increase the ultimate load by up to 6% for global slenderness up to 15.75 for sections loaded on composite with local slenderness equals 63.50. Recommendations for future design code development are outlined.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.6
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pp.102-111
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2022
The aim of this study is to assess the seismic performance of octagonal hollow cross section reinforced concrete bridge pier, and to investigate the effect of longitudinal reinforcement ratios on the failure behavior. Four octagonal hollow section RC bridge columns of small scale model were tested under a quasi-static cyclically reversed horizontal load with constant axial load. The volumetric ratio of transverse spiral hoop of all specimens was maintained constant(0.206%), the ratios of longitudinal reinforcement were varied(2.36 ~ 4.71%). Failure behavior and seismic performance were investigated. Three specimens with the exception of lap spliced specimen showed flexure-shear failure at final stage. The test results with the exception of lap spliced specimen showed that the displacement ductility factor and accumulated energy dissipation decreased in inverse proportion to the ratio of longitudinal steel.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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