Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.23
no.4
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pp.231-238
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2019
A conventional lumped-mass stick model is based on the tributary area method to determine the masses lumped at each node and used in earthquake engineering due to its simplicity in the modeling of structures. However the natural frequencies of the conventional model are normally not identical to those of the actual structure. To solve this problem, recently an updated lumped-mass stick model is developed to provide the natural frequencies identical to actual structure. The present study is to investigate the seismic response accuracy of the updated lumped-mass stick model, comparing with the response results of the shaking table test. For the test, a small size four-story steel frame structure is prepared and tested on shaking table applying five earthquake ground motions. From the comparison with shaking table test results, the updated model shows an average error of 3.65% in the peak displacement response and 9.68% in the peak acceleration response. On the other hand, the conventional model shows an average error of 5.15% and 27.41% for each response.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.16
no.4
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pp.19-26
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2012
For a seismic design or performance evaluation of a structure, an experimental investigation on a scale model of the structure or numerical analysis based on the finite element model is considered. Regarding the numerical analysis, a three-dimensional finite element analysis is performed if a high accuracy of the results is required, while a sensitivity or fragility analysis which uses huge seismic ground motions leads to the use of a lumped-mass stick model. The conventional modeling technique to build the lumped-mass stick model calculates the amount of the lumped mass by considering the geometric shape of the structure, like a tributary area. However, the eigenvalues of the conventional model obtained through such a calculation are normally not the same as those of the actual structure. In order to overcome such a deficiency, in this study, a new lumped mass stick model is proposed. The model is named the "frequency adaptive-lumped-mass stick model." It provides the same eigenvalues and similar dynamic responses as the actual structure. A non-prismatic column is considered as an example, and its natural frequencies as well as the dynamic performance of the new lumped model are compared to those of the full-finite element model. To investigate the damping effect on the new model, 1% to 5% of the critical damping ratio is applied to the model and the corresponding results are also compared to those of the finite element model.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2008.04a
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pp.59-62
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2008
This paper presents the procedure and the results of modal identification testing of a seismic monitoring system central processing unit cabinet for a nuclear power plant. This paper also provides a model updating for making effective analytical modeling of cabinet-type electrical equipment by comparing the test results with the analysis results. From the test results and their interpretation, modal properties (modal frequency, mode shape, and modal damping) of the specimen were satisfactorily identified. However, the analysis results may need to study further to find the effective and presentative model for the cabinet-type electrical equipment. This paper just presents the first stage of the research project "Development of dynamic behavior analysis technique of dynamic structure system" which is trying to build the lumped mass beam stick model even their results do not agree well with the test results.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.11
no.1
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pp.211-216
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2003
A frontal offset impact model Oat can simulate the 40% offset frontal impact into deformable barrier regulated in EU Directive 96/79 EC has been developed. Engine rotation effects are also considered in the model. Distributed 11 masses and characteristics of 23 nonlinear springs comprising the model are determined based on both the stick-model analysis under the general specification of car and the dynamic characteristics of car structure. It is demonstrated that simulated acceleration-time curve for passenger part is in good agreement with test data obtained by NHTSA.
The floor response spectrum (FRS) is used to evaluate the seismic demand of equipment installed in nuclear power plants. In the conventional design practice of NPP structure, the FRS is simplified using the lumped-mass stick model (LMSM), assuming the floor slab as a rigid diaphragm. In the present study, to study the variation of seismic response in a floor, the FRSs at different locations were generated by 3-D finite element model, and the response was compared to that of the rigid diaphragm model. The result showed that the FRS significantly varied due to the large opening in a floor, which was not captured by the rigid diaphragm model. Based on the result, seismic fragility analysis was performed for the anchorage of a heat exchanger, to investigate the effect of location-dependent FRS disparity on the high confidence low probability of failure (HCLPF).
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.33
no.1
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pp.63-72
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2020
The purpose of this study is to investigate the effects of the application of various numerical models and frequency contents of earthquakes on the performances of the reactor containment building (RCB) in a nuclear power plant (NPP) equipped with an advanced power reactor 1400. Two kinds of numerical models are developed to perform time-history analyses: a lumped-mass stick model (LMSM) and a full three-dimensional finite element model (3D FEM). The LMSM is constructed in SAP2000 using conventional beam elements with concentrated masses, whereas the 3D FEM is built in ANSYS using solid elements. Two groups of ground motions considering low- and high-frequency contents are applied in time-history analyses. The low-frequency motions are created by matching their response spectra with the Nuclear Regulatory Commission 1.60 design spectrum, whereas the high-frequency motions are artificially generated with a high-frequency range from 10Hz to 100Hz. Seismic responses are measured in terms of floor response spectra (FRS) at the various elevations of the RCB. The numerical results show that the FRS of the structure under low-frequency motions for two numerical models are highly matched. However, under high-frequency motions, the FRS obtained by the LMSM at a high natural frequency range are significantly different from those of the 3D FEM, and the largest difference is found at the lower elevation of the RCB. By assuming that the 3D FEM approximates responses of the structure accurately, it can be concluded that the LMSM produces a moderate discrepancy at the high-frequency range of the FRS of the RCB.
Seismic base isolation has been accepted as one of the most popular design procedures to protect important structures against earthquakes. However, due to lack of information and experimental data the application of base isolation is quite limited to nuclear power plant (NPP) industry. Moreover, the effects of inelastic behavior of soil beneath base-isolated NPP have raised questions to the effectiveness of isolation device. This study applies the wavelet analysis to investigate the effects of soil-structure interaction (SSI) on the seismic response of a base-isolated NPP structure. To evaluate the SSI effects, the NPP structure is modelled as a lumped mass stick model and combined with a soil model using the concept of cone models. The lead rubber bearing (LRB) base isolator is used to adopt the base isolation system. The shear wave velocity of soil is varied to reflect the real rock site conditions of structure. The comparison between seismic performance of isolated structure and non-isolated structure has drawn. The results show that the wavelet analysis proves to be an efficient tool to evaluate the SSI effects on the seismic response of base-isolated structure and the seismic performance of base-isolated NPP is not sensitive to the effects in this case.
Seismic fragility analysis, a part of seismic probabilistic risk assessment (SPRA), is commonly used to establish the relationship between a representative property of earthquakes and the failure probability of a structure, component, or system. Current guidelines on the SPRA of nuclear power plants (NPPs) used worldwide mainly reflect the earthquake characteristics of the western United States. However, different earthquake characteristics may have a significant impact on the seismic fragility of a structure. Given the concern, this study aimed to investigate the effects of earthquake characteristics on the seismic fragility of concrete containments housing the OPR-1000 reactor. Earthquake time histories were created from 30 ground motions (including those of the 2016 Gyeongju earthquake) by spectral matching to the site-specific response spectrum of Hanbit nuclear power plants in South Korea. Fragility curves of the containment structure were determined under the linear response history analysis using a lumped-mass stick model and 30 ground motions, and were compared in terms of earthquake characteristics. The results showed that the median capacity and high confidence of low probability of failure (HCLPF) tended to highly depend on the sustained maximum acceleration (SMA), and increase when using the time histories which have lower SMA compared with the others.
The purpose of this study is to investigate the efficiency of various structural modeling schemes for evaluating seismic performances and fragility of the reactor containment building (RCB) structure in the advanced power reactor 1400 (APR1400) nuclear power plant (NPP). Four structural modeling schemes, i.e. lumped-mass stick model (LMSM), solid-based finite element model (Solid FEM), multi-layer shell model (MLSM), and beam-truss model (BTM), are developed to simulate the seismic behaviors of the containment structure. A full three-dimensional finite element model (full 3D FEM) is additionally constructed to verify the previous numerical models. A set of input ground motions with response spectra matching to the US NRC 1.60 design spectrum is generated to perform linear and nonlinear time-history analyses. Floor response spectra (FRS) and floor displacements are obtained at the different elevations of the structure since they are critical outputs for evaluating the seismic vulnerability of RCB and secondary components. The results show that the difference in seismic responses between linear and nonlinear analyses gets larger as an earthquake intensity increases. It is observed that the linear analysis underestimates floor displacements while it overestimates floor accelerations. Moreover, a systematic assessment of the capability and efficiency of each structural model is presented thoroughly. MLSM can be an alternative approach to a full 3D FEM, which is complicated in modeling and extremely time-consuming in dynamic analyses. Specifically, BTM is recommended as the optimal model for evaluating the nonlinear seismic performance of NPP structures. Thereafter, linear and nonlinear BTM are employed in a series of time-history analyses to develop fragility curves of RCB for different damage states. It is shown that the linear analysis underestimates the probability of damage of RCB at a given earthquake intensity when compared to the nonlinear analysis. The nonlinear analysis approach is highly suggested for assessing the vulnerability of NPP structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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