The FUel Rod Analysis(FURA) code is developed using two-dimensional finite element methods for axisymmetric and plane stress analysis of fuel rod. It predicts the thermal and mechanical behavior of fuel rod during normal and load follow operations. To evaluate the exact temperature distribution and the inner gas pressure, the radial deformation of pellet and clad, the fission gas release are considered over the full-length of fuel rod. The thermal element equation is derived using Galerkin's techniques. The displacement element equation is derived using the principle of virtual works. The mechanical analysis can accommodate various components of strain: elastic, plastic, creep and thermal strain as well as strain due to swelling, relocation and densification. The 4-node quadratic isoparametric elements are adopted, and the geometric model is confined to a half-pellet-height region with the assumption that pellet-pellet interaction is symmetrical. The pellet cracking and crack healing, pellet-cladding interaction are modelled. The Newton-Raphson iteration with an implicit algorithm is applied to perform the analysis of non-linear material behavior accurately and stably. The pellet and cladding model has been compared with both analytical solutions and experimental results. The observed and predicted results are in good agreement. The general behavior of fuel rod is calculated by axisymmetric system and the cladding behavior against radial crack is used by plane stress system. The sensitivity of strain aging of PWR fuel cladding tube due to load following is evaluated in terms of linear power, load cycle frequency and amplitude.
The cyclic behavior and energy dissipation mechanism of short coupling beams with various reinforcement layouts were studied. For numerical analysis of coupling beams, nonlinear truss model was used. The results of numerical analysis showed that the coupling beams with conventional reinforcement layout showed pinched cyclic behavior without significant energy dissipation, whereas the coupling beams with diagonal reinforcement exhibited stable cyclic behavior without pinching. The energy dissipation of the coupling beams was developed mainly by diagonal reinforcing bars developing large plastic strains rather than concrete which is a brittle material Based on this result, simplified equations for evaluating the energy dissipation of coupling beams were developed. For verification, the predicted energy dissipation was compared with the test results. The results showed that the simplified equations can predict the energy dissipation of short coupling beams with shear span-to-depth ratio less than 1.25 with reasonable precision, addressing various design parameters such as reinforcement layout, shear span-to-depth ratio, and the magnitude of inelastic displacement. The proposed energy equations can be easily applied to performance-based seismic evaluation and design of reinforced concrete structures and members.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.11
no.3
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pp.880-890
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2010
The intrasvascular ultrasound (IVUS) imaging technique is used to diagnose cerebrovascular diseases such as stroke. Recently, elasticity imaging methods have been investigated to diagnose blood clots attached to blood vessel intima. However, the IVUS imaging technique is an invasive method that requires a transducer to be inserted into blood vessel. In this paper, strain images are obtained of blood clots attached to blood vessel intima with data acquired from outside the blood vessel using a linear array transducer. In order to measure the displacement of blood vessel accurately, experimental data are acquired by steering ultrasound beams so that they can intersect the blood vessel wall at right angles. The acquired rf data are demodulated to the baseband. The resulting complex baseband signals are then processed by an autocorrelation algorithm to compute the blood vessel movement and thereby produce strain image. This proposed method is verified by experiments on a plastic blood vessel mimicking phantom. The efficacy of the proposed method was verified using a home-made blood vessel mimicking phantom. The blood vessel mimicking phantom was constructed by making a 6 mm diameter hollow cylinder inside it to simulate a blood vessel and adhering 2 mm thick soft plaque to the inner wall of the hollow cylinder. The RF data were acquired using a clinical ultrasound scanner (Accuvix XQ, Medison, Seoul. Korea) with a 7.5 MHz linear array transducer by steering ultrasound beams in steps of $1^{\circ}$ from $-40^{\circ}$ to $40^{\circ}$ for a total of 81 angles. Experimental results show that the plaque region near the blood vessel wall is softer than background tissue. Although the imaging region is restricted due to the limited range of angles for which scan lines are perpendicular to the wall, the feasibility of strain imaging is demonstrated.
Journal of Korea Society of Industrial Information Systems
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v.24
no.2
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pp.15-23
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2019
High temperature superconducting (HTS) generators for wind power systems are attractively researched with the advantages of high efficiency and smaller size compared with conventional generator. However, the HTS generators have high Lorentz force problem, which acts on HTS field coils due to their high current density and magnetic field. This paper deals with characteristic analysis of the modularized HTS field coil for a 750 kW superconducting wind power generator according to field coil structure. The modularized HTS field coil structure was designed based on the electromagnetic and mechanical analysis results obtained using a 3D finite element method. The electromagnetic force of the module coil was also analyzed. As a result, the perpendicular and maximum magnetic fields of the HTS coils were 2.5 T and 3.9 T, respectively. The maximum stress of the supports was less than the allowable stress of the glass-fiber reinforced plastic material, and displacement was within the acceptable range. The design specifications and the results of the HTS module coil structure can be effectively utilized to develop large-scale superconducting wind power generators.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.33
no.6
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pp.419-426
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2020
The structural design of the steel eccentrically braced frame (EBF) was developed and analyzed in this study through multiobjective optimization (MOO). For the optimal design, NSGA-II which is one of the genetic algorithms was utilized. The amount of structure and interfloor displacement were selected as the objective functions of the MOO. The constraints include strength ratio and rotation angle of the link, which are required by structural standards and have forms of the penalty function such that the values of the objective functions increase drastically when a condition is violated. The regulations in the code provision for the EBF system are based on the concept of capacity design, that is, only the link members are allowed to yield, whereas the remaining members are intended to withstand the member forces within their elastic ranges. However, although the pareto front obtained from MOO satisfies the regulations in the code provision, the actual nonlinear behavior shows that the plastic deformation is concentrated in the link member of a certain story, resulting in the formation of a soft story, which violates the capacity design concept in the design code. To address this problem, another constraint based on the Eurocode was added to ensure that the maximum values of the shear overstrength factors of all links did not exceed 1.25 times the minimum values. When this constraint was added, it was observed that the resulting pareto front complied with both the design regulations and capacity design concept. Ratios of the link length to beam span ranged from 10% to 14%, which was within the category of shear links. The overall design is dominated by the constraint on the link's overstrength factor ratio. Design characteristics required by the design code, such as interstory drift and member strength ratios, were conservatively compared to the allowable values.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.22
no.1
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pp.116-122
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2021
This study quantitatively evaluated the performance improvement of a circular reinforced concrete pier under dynamic load with strengthening using a steel plate. Various three-dimensional elements were applied using the finite element program ABAQUS. The analytical parameters included the ratios of the steel cover length to the pier's total height and the ratios of the steel cover thickness to the pier diameter for inelastic-nonlinear analysis. The lower part of the pier had fixed boundary conditions, and lateral repetitive loads were applied at the top of the pier. The pier was investigated to evaluate the dynamic performance based on the load-displacement curve, stress-strain curve, ductility, energy absorption capability, and energy ratio. The yield and ultimate loads of piers with steel covers increased by 3.76 times, and the energy absorption capability increased by 4 times due to the confinement effects caused by the steel plate. A plastic hinge part of the column with a steel plate improved the ductility, and the thicker the steel plate was, the greater the energy absorption capacity. This study shows that the reinforced pier should be improved in terms of the seismic performance.
Shin, Hyun Ho;Choi, Man Kwon;Cho, Myeong Whan;Kim, Jin Hyun;Seo, Tae Cheol;Lee, Choung Kuen;Kim, Seung Yu
Journal of Bio-Environment Control
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v.31
no.4
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pp.438-443
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2022
In this study, the lateral loading test was performed to analyze structural performance of multi-span plastic greenhouse through full-scale experiment and numerical analysis. In order to analyze the lateral stiffness and stress, we installed 9 displacement sensors and 19 strain gauge sensors on the specimen, respectively, and load of l mm per minute was applied until the specimen failure. In the comparison between the full-scale experiment and the structural analysis results of a multi-span greenhouse with venlo-type roof according to bracing installation, there was a large difference in the lateral stiffness of the structure. By installing a brace system, the lateral stiffness measured near the side elevation of the specimen increased by up 44%. As the bracing joint used in the field did not secure sufficient rigidity, the external force could not be transmitted to the entire structure properly. Therefore, it is necessary to establish a bracing construction method and design standards in order for a greenhouse to which bracing applied to have sufficient performance.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.3
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pp.92-102
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2022
Various numerical analysis models can be used to evaluate the behavior characteristics of tunnel facilities which are representative underground structures. In general, the Mohr-Coulomb model, which is most often used for numerical analysis, is an elastic-perfect plastic behavior model. And the deformation characteristics are the same during the load increase-load reduction phase. So there is a problem that the displacement may appear different from the field situation in the case of excavation analysis. In contrast, the HS-small strain stability model has a wide range of applications for each ground. And it is known that soil deformation characteristics can be analyzed according to field conditions by enabling input of initial elastic modulus and nonlinear curve parameter and so on. However, civil engineers are having difficulty using nonlinear models that can apply material nonlinear properties due to difficulties in estimating ground property coefficients. In this study, the necessity of rational model selection was reviewed by comparing the results of seismic performance evaluation using the Mohr-Coulomb model, which civil engineers generally apply for numerical analysis of tunnels, and the HS Small strain Stiffness model, which can consider ground nonlinearity.
In this study, the effect of repeated traffic vibration on the long-term stability of mine openings is analyzed for re-utilization of abandoned mine galleries. The research mine in this study is an underground limestone mine which is developed by room-and-pillar mining method, and a dynamic numerical analysis is performed assuming that the research mine will be utilized as a logistics warehouse. The actual traffic vibration generated by the mining vehicles is measured directly, and its waveform is used as input data for dynamic numerical analysis, As a results of dynamic numerical analysis, after 20,000 repetitions of traffic vibration, the mine openings is analyzed to be stable, but an increase in the maximum principal stress and an additional area of plastic zone are observed in the analysis section. As shown in the changes of displacement, volumetric strain, and maximum principal stress which are measured at the mine opening walls. It is confirmed that if the repeated traffic vibration is continuously applied, the instability of the mine openings can be increased. Authors expect that the results of this study can be used as a reference for basic study on utilization of abandoned mine.
An Excavation Damaged Zone(EDZ) caused by blasting impact changes rock properties, in situ stress distribution, etc., and its effects are noticeable at around a radioactive waste repository located at deep underground. In particular, the increase in permeability due to the formation of cracks may significantly increase the amount of groundwater inflow and the possibility of radioactive nuclide outflow. In this study, FLAC2D and FLAC3D were used to analyze the mechanical and thermal behaviors for three categories: a)No EDZ, b)Uniform EDZ, and c)Random EDZ. It was found that the tunnel displacement in the Random EDZ case was 423% higher than that in the No EDZ case and was 16% higher than that in the Uniform EDZ case. Tunnel inflow in the Random EDZ was also 17.3% and 10.8% higher than that in the No EDZ and the Uniform EDZ case, respectively. The permeability around the tunnel was increased by up to 10 times in the corner of the tunnel wall and roof due to the stress redistribution after excavation. From the computer simulation, it was found that the permeability around the tunnel wall was partially increased but the overall tunnel inflow was decreased with increase of stress ratio. Mechanical analysis using FLAC 3D showed similar results. Slight difference between 2D and 3D could be explained with the development of plastic zone during the advance of tunnel excavation in 3D.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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