A number of desirable characteristics concerning excellent durability, aesthetics, recyclability, high ductility and fire resistance have made stainless steel a preferred option in engineering practice. However, the relatively high initial cost has greatly restricted the application of stainless steel as a major structural material in general construction. This drawback can be partially overcome by introducing composite stainless steel-concrete structures, which provides a cost-efficient and sustainable solution for future stainless steel construction. This paper presents a preliminary numerical study on stainless steel-concrete composite beam-to-column joints with bolted flush endplates. In order to ensure a consistent corrosion resistance within the whole structural system, all structural steel components were designed with austenitic stainless steel, including beams, columns, endplates, bolts, reinforcing bars and shear connectors. A finite element model was developed using ABAQUS software for composite beam-to-column joints under monotonic and symmetric hogging moments, while validation was performed based on independent test results. A parametric study was subsequently conducted to investigate the effects of several critical factors on the behaviour of composite stainless steel joints. Finally, comparisons were made between the numerical results and the predictions by current design codes regarding the plastic moment capacity and the rotational stiffness of the joints. It was concluded that the present codes of practice generally overestimate the rotational stiffness and underestimate the plastic moment resistance of stainless steel-concrete composite joints.
The present paper is concerned with the design of a proper patch actuator network in order to track a desired displacement of the sidewalls of a one-storey frame structure; both, for the static and the dynamic case. Weights for each patch of the actuator network found in our previous work were based on beam theory; in the present paper a refinement of these weights by modeling the sidewalls of the frame structure as thin plates is presented. For the sake of calculating the refined weights approximate solutions of the plate equations are calculated by an extended Galerkin method. The solutions based on the analytical plate model are compared with three-dimensional Finite Element results computed in the commercially available code ANSYS. The patch actuator network is put into practice by means of four piezoelectric patches attached to each of the two sidewalls of the frame structures, to which electric voltages proportional to the analytically refined patch weights are applied. Analytical and numerical results coincide very well over a broad frequency range.
The finite volume based multi-block RANS code, WAVIS developed at KRISO, is used to simulate the turbulent flows around a submarine with the realizable $\textsc{k}-\varepsilon$ turbulence model. RANS methods are verified and validated at the level of validation uncertainty 1.54% of the stagnation pressure coefficient for the solution of the turbulent flows around SUBOFF submarine model without appendages. Another SUBOFF configuration, axisymmetric body with four identical stem appendages, is also computed and validated with the experimental data of the nominal wake and hydrodynamic coefficients. The hydrodynamic forces and moments for SUBOFF model and a practical submarine are predicted at several drift and pitch angles. The computed results are in extremely good agreement with experimental data. Furthermore, it is noteworthy that all the computations at the present study were carried out in a PC and the CPU time required for 2.8 million grids was about 20 hours to get fully converged solution. The current study shows that CFD can be a very useful and cost effective tool for the prediction of the hydrodynamic performance of a submarine in the basic design stage.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제4권1호
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pp.57-70
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2012
This article presents a numerical investigation concerning the effect of two kinds of axially progressing internal flows (namely, upward and downward) on fluid.structure interaction (FSI) dynamics about a marine riser model which is subject to external shear current. The CAE technology behind the current research is a proposed FSI solution, which combines structural analysis software with CFD technology together. Efficiency validation for the CFD software was carried out first. It has been proved that the result from numerical simulations agrees well with the observation from relating model test cases in which the fluidity of internal flow is ignorable. After verifying the numerical code accuracy, simulations are conducted to study the vibration response that attributes to the internal progressive flow. It is found that the existence of internal flow does play an important role in determining the vibration mode (/dominant frequency) and the magnitude of instantaneous vibration amplitude. Since asymmetric curvature along the riser span emerges in the case of external shear current, the centrifugal and Coriolis accelerations owing to up- and downward internal progressive flows play different roles in determining the fluid.structure interaction response. The discrepancy between them becomes distinct, when the velocity ratio of internal flow against external shear current is relatively high.
At present, most of the widely used system codes for nuclear safety analysis are one-dimensional, which cannot effectively simulate the flow field of the reactor core or other structures. This is true even for the system codes containing three-dimensional modules with limited three-dimensional simulation function such as RELAP-3D. In contrast, the computational fluid dynamics (CFD) codes excel at providing a detailed three-dimensional flow field of the reactor core or other components; however, the computational domain is relatively small and results in the very high computing resource consuming. Therefore, the development of coupling codes, which can make comprehensive use of the advantages of system and CFD codes, has become a research focus. In this paper, a review focus on the researches of coupled CFD and thermal-hydraulic system codes was carried out, which summarized the method of coupling, the data transfer processing between CFD and system codes, and the verification and validation (V&V) of coupled codes. Furthermore, a series of problems associated with the coupling procedure have been identified, which provide the general direction for the development and V&V efforts of coupled codes.
After Fukushima Dai-ichi NPP accident, the need for implementation of diverse and flexible coping strategies (FLEX) became evident. However, to ensure the effectiveness of the safety strategy, it is essential to quantify the uncertainties associated with the station blackout (SBO) scenario as well as the operator actions. In this paper, a systems engineering approach for uncertainty analysis (UA) of a SBO scenario in advanced pressurized water reactor is performed. MARS-KS is used as a best estimate thermal-hydraulic code and is loosely-coupled with Dakota software which is employed to develop the uncertainty quantification framework. Furthermore, the systems engineering approach is adopted to identify the requirements, functions and physical architecture, and to develop the verification and validation plan. For the preliminary analysis, 13 uncertainty parameters are propagated through the model to evaluate the stability and convergence of the framework. The developed framework will ultimately be used to quantify the aleatory and epistemic uncertainties associated with an extended SBO accident scenario and assess the coping capability of APR1400 and the effectiveness of the implemented FLEX strategies.
Damage evolution in the form of void nucleation, propagation and coalescence is the primary cause that is responsible for the ductile failure of microalloyed steels. The Gurson-Tvergaard-Needleman (GTN) damage model has proven to be extremely robust for characterizing the microscopic damage behavior of ductile metals. Nonetheless, successful applications of the model on a given metal type are limited by the correct identification of damage parameters as well as the validation of the calculated void growth rate. The purpose of this study is two-fold. First, we aim to identify the damage parameters of the GTN model for Q345 steel (Chinese code), due to its extensive application in mechanical and civil industries in China. The identification of damage parameters is facilitated by the well-suited response surface methodology, followed by a complete analysis of variance for evaluating the statistical significance of the identified model. Second, taking notched Q345 cylinders as an example, finite element simulations implemented with the identified GTN model are performed in order to analyze their microscopic damage behavior. In particular, the void growth rate predicted from the simulations is successfully correlated with experimentally measured acoustic emissions. The quantitative correlation suggests that during the yielding stage the void growth rate increases linearly with the acoustic emissions, while in the strain-hardening and softening period the dependence becomes an exponential function. The combined experimental and finite element approach provides a means for validating simulated void growth rate against experimental measurements of acoustic emissions in microalloyed steels.
The reinforced concrete lining of hydraulic pressure tunnels tends to crack under high inner water pressure (IWP), which results in the inner water exosmosis along cracks and involves typical hydro-mechanical interaction. This study aims at the development, validation and application of an indirect-coupled method to simulate the lining cracking process. Based on the concrete damage plasticity (CDP) model, the utility routine GETVRM and the user subroutine USDFLD in the finite element code ABAQUS is employed to calculate and adjust the secondary hydraulic conductivity according to the material damage and the plastic volume strain. The friction-contact method (FCM) is introduced to track the lining-rock interface behavior. Compared with the traditional node-shared method (NSM) model, the FCM model is more feasible to simulate the lining cracking process. The number of cracks and the reinforcement stress can be significantly reduced, which matches well with the observed results in engineering practices. Moreover, the damage evolution of reinforced concrete lining can be effectively slowed down. This numerical method provides an insight into the cracking process of reinforced concrete lining in hydraulic pressure tunnels.
High-fidelity nuclear data libraries and neutronics simulation tools are essential for the development of fast reactors. The IAEA coordinated research project on "Neutronics Benchmark of CEFR Start-Up Tests" offers valuable data for the qualification of nuclear data libraries and neutronics codes. This paper focuses on the verification and validation of the CEFR start-up modelling using OpenMC Monte-Carlo code against the experimental measurements. The OpenMC simulation results agree well with the measurements in criticality, control rod worth, sodium void reactivity, temperature reactivity, subassembly swap reactivity, and reaction distribution. In feedback coefficient evaluations, an additional state method shows high consistency with lower uncertainty. Among 122 relative errors in the benchmark of the distribution of nuclear reaction, 104 errors are less than 10% and 84 errors are less than 5%. The results demonstrate the high reliability of OpenMC for its application in fast reactor simulations. In the companion paper, the influence of cross-section libraries is investigated using neutronics modelling in this paper.
Ipek, Suleyman;Erdogan, Aysegul;Guneyisi, Esra Mete
Steel and Composite Structures
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제44권1호
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pp.119-139
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2022
This paper aims to use the artificial intelligence approach to develop a new model for predicting the ultimate axial strength of the circular concrete-filled steel tubular (CFST) stub columns. For this, the results of 314 experimentally tested circular CFST stub columns were employed in the generation of the design model. Since the influence of the column diameter, steel tube thickness, concrete compressive strength, steel tube yield strength, and column length on the ultimate axial strengths of columns were investigated in these experimental studies, here, in the development of the design model, these variables were taken into account as input parameters. The model was developed using the backpropagation algorithm named Bayesian Regularization. The accuracy, reliability, and consistency of the developed model were evaluated statistically, and also the design formulae given in the codes (EC4, ACI, AS, AIJ, and AISC) and the previous empirical formulations proposed by other researchers were used for the validation and comparison purposes. Based on this evaluation, it can be expressed that the developed design model has a strong and reliable prediction performance with a considerably high coefficient of determination (R-squared) value of 0.9994 and a low average percent error of 4.61. Besides, the sensitivity of the developed model was also monitored in terms of dimensional properties of columns and mechanical characteristics of materials. As a consequence, it can be stated that for the design of the ultimate axial capacity of the circular CFST stub columns, a novel artificial intelligence-based design model with a good and robust prediction performance was proposed herein.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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