Jang, Hwa Sub;Nam, Hyun Woo;Kwak, Yeon Min;Yoon, Se Woong;Kim, Ho Sun
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.27
no.5
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pp.339-344
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2015
Suction piles have been widely used as foundations and anchor systems in offshore industry, and recently, it have been tried to be used as foundations for offshore wind turbines. Many researches have shown that stiffness of a foundation could effect dynamic responses of a offshore wind turbine so that appropriate modeling application of wind turbine foundations is recommended. In this paper, we calculate a stiffness matrix of a suction foundation through 3D FEM analysis and compare the results with the ones calculated by conventional formula for estimating stiffness of shallow foundations. And then we carry out integrated load analysis for the evaluation of dynamic responses and natural frequencies of the structure using the calculated stiffness matrix. The results shows that the effect of load in the mudline is not large, but in the case of assuming the foundation as a fixed support, the natural frequency is over-estimated up to 10%. Therefore, considering stiffness of foundations is recommended when you evaluate the natural frequencies of wind turbine structures.
Recently, regulations on greenhouse gas emissions have been strengthened, and the International Maritime Organization (IMO) has been strengthening greenhouse gas regulations with a goal of net 'zero' emissions by 2050. In addition, in the shipbuilding/offshore sector, it is important to reduce operating costs, such as improving propulsion efficiency and lightening structures. In this regard, research is currently being conducted on topology optimization using 3D printed composite materials to satisfy structural lightness and high rigidity. In this study, three topology shapes (hexagonal, square, and triangular) were applied to the interior of a rudder, a ship structure, using 3D printed composite materials. Structural analysis was performed to determine the appropriate shape for the rudder. CFD analysis was performed at 10° intervals from 0° to 30° for each rudder angle under the condition of 8 knots, and the load conditions were set based on the CFD analysis results. As a result of the structural analysis considering the internal topology shape of the rudder, it was confirmed that the triangular, square, and hexagonal topology shapes have excellent performance. The rudder with a square topology shape weighs 78.5% of the rudder with a triangular shape, and the square topology shape is considered to superior in terms of weight reduction.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.33
no.4
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pp.225-235
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2020
Ultrasonic investigation of damage detection has been widely used for non-destructive testing of various concrete structures. This study focuses on damage detection analysis with the aid of wave propagation in two-phase composite concrete with aggregate (inclusion) and mortar (matrix). To fabricate a realistic simulation model containing a variety of irregular aggregate shapes, the mesh generation technique using an image processing technique was proposed. Initially, the domains and boundaries of the aggregates were extracted from the digital image of a typical concrete cut-section. This enables two different domains: aggregates and mortar in heterogeneous concrete sections, and applied the grids onto these domains to discretize the model. Subsequently, finite element meshes are generated in terms of spatial and temporal requirements of the model size. For improved analysis results, all meshes are designed to be quadrilateral type, and an additional process is conducted to improve the mesh quality. With this simulation model, wave propagation analyses were conducted with a central frequency of 75 kHz of the Mexican hat incident wave. Several void damages, such as needle-shaped cracks and void-shaped holes, were artificially introduced in the model. Finally, various formats of internal damage were detected by implementing energy mapping based signal processing.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.16
no.9
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pp.6325-6332
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2015
Although distortions of horizontally curved box girder are more susceptible than which of the straight girder due to curvature effect, current domestic design standards does not present spacing of intermediate diaphragms for the curved box girder. In this study, parametric studies for straight and curved box girder considering distortional warping normal stresses based on linear finite element analysis were carried out. Single span curved girders were chosen for analysis based on current domestic bridge data with 1-6 of solid intermediate diaphragms, 0-30 degree of subtended angle, 30m and 60m of span length and 2-3m of flange width and web height. The adequate spacing of diaphragms for the box girder were suggested considering subtended angles and bending and distortional warping normal stress ratios with 5%, 10%, 15% and 20%. The analysis results were also compared to a current design standard and suggested spacing of diaphragm were evaluated.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.29
no.4
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pp.363-371
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2023
To construct a ship, blocks of various sizes must be moved and erected . In this process, lugs are used such that they match the block fastening method and various functions suitable for the characteristics of each shipyard facility. The sizes and shapes of the lugs vary depending on the weight and shape of the block structures. The structure is reinforced by welding the doubling pads to compensate for insufficient rigidity around the holes where the shackle is fastened. As for the method of designing lugs according to lifting loading conditions, a simple calculation based on the beam theory and structural analysis using numerical modeling are performed. In the case of the analytical method, a standardized evaluation method must be established because results may differ depending on the type of element and modeling method. The application of this ambiguous methodology may cause serious safety problems during the process of moving and turning-over blocks. In this study , the effects of various parameters are compared and analyzed through numerical structural analysis to determine the modeling conditions and evaluation method that can evaluate the actual structural response of the lug. The modeling technique that represents the plate part and weld bead around the lug hole provides the most realistic behavior results. The modeling results with the same conditions as those of the actual lug where only the weld bead is connected to the main body of the lug, showed a lower ulimated strength compared with the results obtained by applying the MPC load. The two-dimensional shell element is applied to reduce the modeling and analysis time, and a safety working load was verified to be predicted by reducing the thickness of the doubling pad by 85%. The results of the effects of various parameters reviewed in the study are expected to be used as good reference data for the lug design and safe working load prediction.
In order to investigate the influence of different blade positions on aerodynamic load and wind loads and load-effects of large scale wind turbine tower under the halt state, we take a certain 3 MW large scale horizontal axis three-blade wind turbine as the example for analysis. First of all, numerical simulation was conducted for wind turbine flow field and aerodynamic characteristics under different halt states (8 calculating conditions in total) based on LES (large eddy simulation) method. The influence of different halt states on the average and fluctuating wind pressure coefficients of turbine tower surface, total lift force and resistance coefficient, circular flow and wake flow characteristics was compared and analysed. Then on this basis, the time-domain analysis of wind loads and load-effects was performed for the wind turbine tower structure under different halt states by making use of the finite element method. The main conclusions of this paper are as follows: The halt positions of wind blade could have a big impact on tower circular flow and aerodynamic distribution, in which Condition 5 is the most unfavourable while Condition 1 is the most beneficial condition. The wind loads and load-effects of disturbed region of tower is obviously affected by different halt positions of wind blades, especially the large fluctuating displacement mean square deviation at both windward and leeward sides, among which the maximum response occurs in $350^{\circ}$ to the tower top under Condition 8; the maximum bending moment of tower bottom occurs in $330^{\circ}$ under Condition 2. The extreme displacement of blade top all exceeds 2.5 m under Condition 5, and the maximum value of windward displacement response for the tip of Blade 3 under Condition 8 could reach 3.35 m. All these results indicate that the influence of halt positions of different blades should be taken into consideration carefully when making wind-resistance design for large scale wind turbine tower.
Lee, Kwang Hoon;Park, Yong Chan;Moon, Sung Jin;You, Kwang Ho
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.42
no.6
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pp.825-836
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2022
Micropiles can be used to support additional load in extended building structures. However, their use brings about a risk of exceeding the bearing capacity of existing piles. In this study, pre-compression was applied to distribute the load of an existing building to micropiles, and an indoor loading test was performed to confirm the structural applicability of a wedge-type anchorage device designed to improve its capacity. According to the test results, the maximum strain of the anchorage device was 0.63 times that of the yield strain, and the amount of slip generated at the time of anchorage was 0.11 mm, satisfying structural standards. In addition, using MIDAS GTS, a geotechnical finite element analysis software, the effect of the size of the pre-compression, the thickness of the soil layer, and the ground conditions around the tip on the reaction force of the existing piles and micropiles were analyzed. From the numerical analysis, as the size of the pre-compression load increased, the reaction force of the existing pile decreased, resulting in a reduction rate of up to 36 %. In addition, as the soil layer increased by 5 m, the reduction rate decreased by 4 %, and when the ground condition at the tip of the micropile was weathered rock, the reduction rate increased by 14 % compared with that of weathered soil.
The Journal of the Convergence on Culture Technology
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v.8
no.6
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pp.685-691
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2022
This study was based on the steel composite concrete box structure (Transfer girder) which was installed to support the skyscrapers directly above the subway line. In this study, it was analytically proved that the cause of cracks on the steel composite concrete box structure were the shrinkage cracks by comparing the results of crack investigation and numerical analysis. As the results, it was found that the internal temperature difference between concrete and steel members occurred according to the shape of the steel frame embedded in concrete, the location of vertical stiffener, and the closed section area. The narrower spacing of vertical stiffener was occurred the internal temperature concentration of the structure and the temperature difference increased. And the location of higher thermal strain and temperature were similar to the location of actual cracks by the visual inspection. Therefore, the internal temperature concentration parts were formed according to the presence and spacing of the vertical stiffeners and the inspection passage in the central part of the structure. The shrinkage cracks were occurred by the restrained of temperature expansion and contraction of the concrete. As the results of this study, it was important to separate and manage the non-structural cracks caused by shrinkage and the structural cracks in the maintenance of serviced steel-composite concrete structures.
The modeling of uplift pressure within dam, on the foundation on which it was constructed, and on the interface between the dam and foundation is a critical aspect in the analysis of concrete gravity dams, i.e. crack stability in concrete dam can correctly be predicted when uplift pressures are accurately modelled. Current models consider a uniform uplift distribution, but recent experimental results show that it varies along the crack faces and the procedures for modeling uplift pressures are well established for the traditional hand-calculation methods, but this is not the case for finite element (FE) analysis. In large structures, such as dams, because of smaller size of the fracture process zone with respect to the structure size, limited errors should occur under the assumptions of linear elastic fracture mechanics (LEFM). In this paper, the fracture behaviour of concrete gravity dams mainly subjected to uplift Pressure at the crack face was studied. Triangular type, trapezoidal type and parabolic type distribution of the uplift pressure including uniform type were considered in case of evaluating stress intensity factor by surface integral method. The effects of body forces, overtopping pressures are also considered and a parametric study of gravity dams under the assumption of LEFM is performed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.8
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pp.1105-1111
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2010
The Korea Atomic Energy Research Institutes has been developing the SMART (System integrated Modular Advanced ReacTor), an environment-friendly nuclear reactor for the generation of electricity and to perform desalination. SMART reactors can be exposed to various external and internal loads caused by seismic and coolant flows. The CRDM(control rod drive mechanism), one of structures of the SMART, is a component which is adjusting inserting amount of a control rod, controlling output of reactor power and in an emergency situation, inserting a control rod to stop the reactor. The purpose of this research is performing the analysis of dynamic characteristic to ensure safety and integrity of structure of CRDM. This paper presents two FE-models, 3-D solid model and simplified Beam model of the CRDM in the coolant, and then compared the results of the dynamic characteristic about the two FE-models using a commercial Finite Element tool, ABAQUS CAE V6.8 and ANSYS V12. Beam 4 and beam 188 of simplified-model were also compared each other. And simplified model is updated for accuracy compare to 3-D solid.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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