KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.13
no.5
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pp.85-98
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1993
A method of analysis for the material and geometric nonlinear analysis of planar prestressed concrete cable-stayed bridges including the time-dependent effects due to load history, creep, shrinkage, aging of concrete and relaxation of prestress is described. The analysis procedure, based on the finite element method, is capable of predicting the response of these structures through elastic, cracking, inelastic and ultimate ranges. The nonlinear formulation for the description of motion is based on the updated Lagrangian approach. To account for the material nonlinearity, nonlinear stress-strain relationship and cracking of concrete, nonlinear stress-strain relationships of reinforcing steel, prestressing steel, and cable, including load reversal are given. Results from a numerical examples on ultimate analyses of cable-stayed bridges are presented to illustrate the analysis method.
Tae Young Kim;Sung Woo Kim;Dong Jim Kim;Sang Tae Kim
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.8
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pp.3180-3187
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2024
Rupture disk corrosion test (RDCT) method has been recently developed for real-time measurement of initiation of stress corrosion cracking (SCC) in a high-temperature water. This work presents a parametric study on the stress distribution of a thin disk specimen of RDCT to consider the fixture shape and friction using finite element analysis (FEA). The FEA results showed a dome-shaped deformation of the specimen. From the stress analysis as a function of friction coefficient, it was suggested that the maximum stress was applied around the dome-edge, which was invariant with change to the friction coefficient. This indicates that friction between the fixture and the specimen has little effect on stress distribution. On the other hand, the stress analysis as a function of a rounded-corner radius (Rc) revealed the location at which the maximum stress was applied shifted from the dome edge to the dome center as Rc increased. From SCC initiation tests using the RDCT apparatus in a primary water environment, it was found that SCC initiates at the dome edge when Rc is 0.5 mm, while SCC initiates near the disk center when Rc is 2.0 mm. This experimental result is in good agreement with the results of FEA.
Reinforcing steel bars in reinforced concrete structures are protected from corrosion by passive film on the steel surface inside concrete with high alkalinity. However, when the passive film breaks down due to chloride ion ingressed into the RC structures, a corrosion initiates at the surface of steel bars. Then, internal pressure by volume expansion of corrosion products in reinforcing bars induces cracking and spalling of cover concrete, which reduces not only durability performance but also structural performance in RC structures. In this paper, a service life prediction of RC structures is carried out by using a micro-mechanics based corrosion model. The corrosion model is composed of a chloride penetration model to evaluate the initiation of corrosion and an electric corrosion cell model and an oxygen diffusion model to evaluate the rate and the accumulated amounts of corrosion. Then, a corrosion cracking model is combined to the models to evaluate critical amount of corrosion product for initiation cracking in cover concrete. By implementing the models into a finite element analysis program, a time and space dependent corrosion analysis and a service life prediction of RC structures due to chloride attack are simulated and the results of the analysis are compared with test results. The effect of crack width on the corrosion and the service life of the RC structures are analyzed and discussed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.8
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pp.965-970
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2010
Bolts and nuts are widely used to fasten mechanical parts together in machines and structures. The primary role of a nut is to maintain the axial force of a bolt. In this paper, a new type of a lock nut that uses a spring is studied. To have a spring within a nut, a cocking process to narrow the top of the nut is adopted, but cracking occurred in the process. In this study, strain of an initial model is measured using the finite element analysis program, MSC/Marc. The occurrence of the crack was studied by comparing the maximum observed strain of a model with the maximum strain indicated by an accurate stress-strain diagram of 1020 steel. Then, the structure of the lock nut was optimized by response surface analysis to prevent cracking. The prototype of the lock nut was manufactured on the basis of the optimization result, and cracking did not occur.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.25
no.2
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pp.157-166
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2017
The Fuel Cell Electric Vehicle(FCEV) is recently evolving into a new trend in the automobile industry due to its relatively higher efficiency and zero greenhouse gas(GHG) emission in the tailpipe, as compared to that of the conventional internal combustion engine vehicles. However, it is important to analyze the whole process of the hydrogen's life cycle(from extraction of feedstock to vehicle operation) in order to evaluate the environmental impact of introducing FCEV upon recognizing that the hydrogen fuel, which is used in the fuel cell stack, is not directly available from nature, but instead, it should be produced from naturally available resources. Among the various hydrogen production methods, ${\sim}54.1%^{8)}$ of marketed hydrogen in Korea is produced from naphtha cracking process in the petrochemical industry. Therefore, in this study, we performed a well-to-wheels(WTW) analysis on the hydrogen fuel cycle for the FCEV application by using the GREET program from the US Argonne National Laboratory with Korean specific data. As a result, the well-to-tank and well-to-wheel GHG emissions of the FCEV are calculated as 45,638-51,472 g $CO_2eq/GJ$ and 65.0-73.4 g $CO_2eq/km$, respectively
The study investigated the behavior of plain and fibered Ultra-High Performance Concrete (UHPC) beams under varying loading conditions using integrated analysis of the flexure and acoustic emission tests. The loading rate of testing is -0.25 -2 mm/min. It is observed that on increasing loading rate, flexural strength increases, and toughness decreases. The acoustic emission testing revealed that higher loading rates accelerate crack propagation. Fiber effect and matrix cracking are identified as significant contributors to the release of acoustic emission energy, with fiber rupture/failure and matrix cracking showing rate-dependent behavior. Crack classification analysis indicated that the rise angle (RA) value decreased under quasi-static loading. The average frequency (AF) value increased with the loading rate, but this trend reversed under rate-dependent conditions. K-means analysis identified distinct clusters of crack types with unique frequency and duration characteristics at different loading rates. Furthermore, the historic index and signal strength decreased with increasing loading rate after peak capacity, while the severity index increased in the post-peak zone, indicating more severe damage. The sudden rise in the historic index and cumulative signal strength indicates the possibility of several occurrences, such as the emergence of a significant crack, shifts in cracking modes, abrupt failure, or notable fiber debonding/pull-out. Moreover, there is a distinct rise in the number of AE knees corresponding to the increase in loading rate. The crack mapping from acoustic emission testing aligned with observed failure patterns, validating its use in structural health monitoring.
Kang, Yong Seok;Lee, Kuk Hee;Kim, Hong Deok;Park, Jai Hak
Journal of the Korean Society of Safety
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v.30
no.4
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pp.168-173
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2015
A steam generator tubing is one of the main pressure boundary of the reactor coolant system in the nuclear power plants. Structural integrity refers to maintaining adequate margins against failure of the tubing. Burst pressure of a tube at tube support plate can be higher than that for a free-span tube because failure behaviors could be interfered from the tube support plate. Alternative repair criteria for out-diameter stress corrosion cracking indications in tubes to the drilled type tube support plate were developed, however, there are very limited information to the eggcrate type tube support plate. This paper discussed reinforcement effect of steam generator tube burst pressure with axial out-diameter stress corrosion cracking within an eggcrate type tube support plate. A series of tube burst tests were performed under the room temperature and it was found out that there is no significant but marginal effects.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.1
s.173
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pp.156-162
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2000
Sensitized STS 304 stainless steel crack growth rate(CGR) in high temperature water was investigated under trapezoidal wave loading test using fracture mechanics techniques. The CGR, due to stress corrosion cracking(SCC), were systematically measured as a function of the stress intensity factor and stress. holding time under trapezoidal wave loading. In high temperature water, CGR was enhanced by a synergistic effects in combination with an aggressive environment and mechanical damage. The CGR, $(da/dN)_{env}$ was basically described as a summation of the environmentally assisted crack growth rate $(da/dN)_{SCC}$, $(da/dN)_{CF}$ and fatigue crack growth rate in air $(da/dN)air,. The CGR, $(da/dN)_{env}$, increased linearly with increasing stress holding time. The CGR, $(da/dN)_{SCC}$ decreased linearly with increasing stress holding time. Fracture surface mode varied from trans-granular cracking to inter-granular cracking with increasing stress holding time.
Fracture analysis of coating cracking on a substrate system described in a companion paper was applied and verified by four-point bending tests. The multiple cracking of coating was predicted using a fracture mechanics approach. The strain energy release rate (G) due to the formation of a new crack in a coating was obtained. A crack density vs. strain data of metallic and polymeric substrate was used to get the in-situ fracture toughness of coating with respect to various baking time and temperature. The $G_c$ was decreased as the baking temperature and time was increased. This paper gave insight about usefulness of four-point bending test for fracture toughness evaluation of coating and it gave a new method for in-situ coating toughness.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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