Selected Papers of The Society of Naval Architects of Korea
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제2권1호
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pp.79-105
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1994
A ship in waves is suffered from the various wave loads that comes from its motion throughout its life. Because these loads are dynamic, the analysis of a ship structure must be considered as the dynamic problem precisely. In the rationally-based design, the dynamic structural analysis is carried out using dynamic wave loads provided from the results of the ship motion calculation as a rigid body. This method is based on the linear theory assumed low wave height and small amplitude of motion. But at the rough sea condition, high wave height, compared with ship's depth, induce the large ship motion, so the ship section configuration under waterline is rapidly changed at each time. This results in a non-linear problem. Considering above situation in this paper, a strength analysis method is introduced for the hull girder among waves considering non-linear hydrodynamic forces. This paper evaluates the overall or primary level of the ship structural dynamic loading and dynamic response provided from the non-linear wave forces, and bottom flare impact forces by momentum slamming theory. For numerical calculation a ship is idealized as a hollow thin-walled box beam using thin walled beam theory and the finite element method is used. This method applied to a 40,000 ton double hull tanker and attention is paid to the influence of the response of the ship's speed, wave length and wave height compared with the linear strip theory.
Arasaratnam, P.;Sivakumaran, K.S.;Rasmussen, Kim J.R.
Steel and Composite Structures
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제6권6호
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pp.531-555
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2006
H-shaped welded steel column members are fabricated by welding together pre-cut flanges and the web. Modern fabricators are increasingly using plasma-cutting technique instead of traditional flame cutting. Different fabrication techniques result in different degrees of geometric imperfections and residual stresses, which can have considerable influence on the strength of steel columns. This paper presents the experimental investigation based temperature profiles, geometric imperfections, and built-in residual stresses in plasma cut-welded H-shaped steel column members and in similar flame cut-welded H-shaped steel columns. Temperature measurements were taken during and immediately after the cutting operations and the welding operations. The geometric imperfections were established at closely spaced grid locations on the original plates, after cutting plates into plate strips, and after welding plate strips into columns. Geometric imperfections associated with plasma cut element and members were found to be less than those of the corresponding elements and members made by flame cutting. The "Method of Section" technique was used to establish the residual stresses in the plate, plate strip, and in the welded columns. Higher residual stress values were observed in flame cut-welded columns. Models for idealized residual stress distributions for plasma cut and flame cut welded sections have been proposed.
The probabilistic seismic performance of a standard Korean nuclear power plant (NPP) with an idealized isolation is investigated in the present work. A probabilistic seismic hazard analysis (PSHA) of the Wolsong site on the Korean peninsula is performed by considering peak ground acceleration (PGA) as an earthquake intensity measure. A procedure is reported on the categorization and selection of two sets of ground motions of the Tohoku earthquake, i.e. long-period and common as Set A and Set B respectively, for the nonlinear time history response analysis of the base-isolated NPP. Limit state values as multiples of the displacement responses of the NPP base isolation are considered for the fragility estimation. The seismic risk of the NPP is further assessed by incorporation of the rate of frequency exceedance and conditional failure probability curves. Furthermore, this framework attempts to show the unacceptable performance of the isolated NPP in terms of the probabilistic distribution and annual probability of limit states. The comparative results for long and common ground motions are discussed to contribute to the future safety of nuclear facilities against drastic events like Tohoku.
A computer program has been developed for the optimum design of prestressed concrete beams under flexure. Optimum values of prestressing force, tendon configuration, and cross-sectional dimensions are determined subject to constraints on the design variables and stresses. 28 constraints have been used including flexural stresses, cover requirement, the aspect ratios for top and bottom flanges and web part of a beam and ultimate moment. The objective function contains cost of concrete, prestressing force and formwork. Using this function, it is possible to obtain minimum cost design, minimum weight or cross-sectional area of concrete design and minimum prestressing force design. Besides the idealized I-shaped cross-section, which is widely used in literature, a general I-shaped cross-section with eight geometrical design variables are used here. Four examples, one of which is available in the literature and the others are modified form of it, have been solved for minimum cost and minimum cross-sectional area designs and the results are compared. The computer program, which employs modified grid search optimization method, can assist a designer in producing efficient designs rapidly and easily. Considerable savings in computational work are thus made possible.
This study is devoted to estimate higher-mode effects for multi-story structures with considering soil-structure interaction subjected to decomposed parts of near-fault ground motions. The soil beneath the super-structure is simulated based on the Cone model concept. Two-dimensional structural models of 5, 15, and 25-story shear buildings are idealized by using nonlinear stick models. The ratio of base shears for the soil-MDOF structure system to those obtained from the equivalent soil-SDOF structure system is selected as an estimator to quantify the higher-mode effects. The results demonstrate that the trend of higher-mode effects is regular for pulse component and has a descending variation with respect to the pulse period, whereas an erratic pattern is obtained for high-frequency component. Moreover, the effect of pulse component on higher modes is more significant than high-frequency part for very short-period pulses and as the pulse period increases this phenomenon becomes vice-versa. SSI mechanism increases the higher-mode effects for both pulse and high-frequency components and slenderizing the super-structure amplifies such effects. Furthermore, for low story ductility ranges, increasing nonlinearity level leads to intensify the higher-mode effects; however, for high story ductility, such effects mitigates.
Oil and gas production riser systems need to be designed considering a wide band quarter-modal analysis which contains low-, wave-, VIV(Vortex induced vibration) frequencies. The VIV can be separated into cross-flow(CF) and in-line(IL) components. In this study, the various idealized tri- and quarter-modal spectra are suggested to analyze fatigue damage on the production riser system. In order to evaluate the fatigue damage increment caused by the IL's motion, tri- and quarter-modal spectral fatigue damages are calculated in time domain. And the fatigue damage calculated from two different modal spectra are compared quantitatively. Then the suitability of existent wide band fatigue damage models for quarter modal spectrum was evaluated by comparison of frequency domain calculation and time domain calculation. The result show that although spectral density of IL motion is not remarkable in quantity, the effect on the fatigue damage is significant and existent fatigue damage models are not adequately estimating damage by quarter-modal spectra.
The novel wave generating system of a wave flume has been devised by utilizing the analytic solution of wave board motion in idealized two dimensional space. The arbitrary oscillation motion of submerged wave board segment has been defined by sinusoidal motion of upper and lower end of the wave board. The analytic solution of the wave board motion has been represented by the solution of board motion due to flap motion and swing motion. Arbitrary oscillation of the board could be specified by determining amplitude, frequency, and the phase lag. A novel hybrid wave generator could be operated not only in piston motion but also in flap or swing motion by selection of control parameter. The wave generator has unique motion enhancing ability by appending flap motion or swing motion to piston motion in wave generation. In addition the hybrid wave generator has advantages in generating high quality wave spectrum of irregular wave in simulating real sea condition.
Geogrid application that has proved to be an effective and economic method of reinforcing particles, is widely used in geotechnical engineering. The discrete element method (DEM) has been used to investigate the micro mechanics of the geogrid deformation and also the interlocking mechanism that cannot be easily studies in laboratory tests. Two types of realistically shaped geogrid models with square and triangle apertures were developed using parallel bonds in PFC3D. The calibration test simulations have demonstrated that the precisely shaped triangular geogrid model is also able to reproduce the deformation and strength characteristics of geogrids. Moreover, the square and triangular geogrid models were also used in DEM pull-out test simulations with idealized shape particle models for validation. The simulation results have been shown to provide good predictions of pullout force as a function of displacement especially for the initial 30 mm displacement. For the granular material of size 40 mm, both the experimental and DEM results demonstrate that the triangular geogrid of size 75 mm outperforms the square geogrid of size 65 mm. Besides, the simulations have given valuable insight into the interaction between particle and geogrid and also revealed similar deformation behavior of geogrids during pullout. Therefore, the DEM provides a tool which enable to model other possible prototype geogrid and investigate their performance before manufacture.
In order to develop and take full advantage of pasture fiber and waste concrete, this article studied how different amounts of pasture fiber influenced the toughness and pore structure of concrete with different replacement rates of recycled fine aggregate. Pasture fiber recycled concrete constitutive equations were established under idealized stiffness and toughness damage rate, based on fracture energy and damage mechanics theories. The relationship between pore structure and toughness was studied utilizing nuclear magnetic resonance and fractal theory. The toughness of text groups (0% (JZ), 10% (ZS10), 20% (ZS20)) first increased and then decreased with increasing amounts of pasture fiber, based on the damage rate of toughness. The toughness of concrete samples with recycled fine aggregate and pasture fiber is negatively correlated to the fractal dimension of small and medium-sized pores with a pore size of 0-500 nm. At a replacement rate of 10% of the recycled fine aggregate, the fractal dimension of the air voids (r: 500-9000 nm, i.e., Lg(r) ∈ [2.7, 3.9]) shows a gradual decrease with the increase of grass fiber dosage, indicating that with such a replacement rate of the recycled fine aggregate, the increase of pasture fiber can reduce the complexity of the pore structure of the air voids (500-9000 nm).
본 연구에서는 압축최종강도(壓縮最終强度)를 기준으로 한 이중갑판구조(二重甲板構造)의 실용적인 안전성(安全性) 및 신뢰성(信賴性) 평가법을 제안한다. 이를 위하여 선체상갑판(船體上甲板)에 작용하는 압축응력(壓縮應力)을 기존의 선급규정에 의해 근사적으로 추정하며, 압축최종강도(壓縮最終强度)는 이상화구조요소법(理想化構造要素法)을 적용하여 해석한다. 초기(初期)처짐 및 잔류응력(殘留應力)의 영향과 국부좌굴(局部挫屈) 및 전체좌굴(全體挫屈)의 상관효과(相關效果)를 고려한 이상화판요소(理想化板要素)를 정식화한다. 이상화판요소(理想化板要素)의 정도(精度)와 유용성(有用性)은 단위(單位) 판부재(板部材) 및 상자형 용접구조물(熔接構造物)에 대한 기존의 실험결과(實驗結果) 또는 유한요소해석결과(有限要素解析結果)와 비교하여 확인한다. 본 제안법을 이중선각구조설계(二重船殼構造設計)개념하에서 설계된 정유운반선(精油運搬船)의 갑판구조(甲板構造)의 안전성(安全性) 및 신뢰성평가(信賴性評價)에 적용하고, 초기처짐, 잔류응력(殘留應力)등의 영향과 고장력강(高張力鋼)을 사용한 경우의 효과등에 대해 고찰한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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