This paper presents a numerical study of the spatial behavior of a linear absorbing solute in a heterogeneous porous medium. The spatially correlated log-normal hydraulic conductivity field is generated in a given two-dimensional domain by using the geostatistical method (Turning Bands algorithm). The velocity vector field is calculated by applying the two-dimensional saturated groundwater flow equation to the Galerkin finite element method. The simulation of solute transport is carried out by using the random walk particle tracking model with CD(constant displacement) scheme in which the time interval is automatically adjusted. In this study, the spatial behavior of a solute is analyzed by the longitudinal center-of-mass displacement, longitudinal spatial spread moment and longitudinal plume skewness.
Kim Kyoung-Ho;Park Jae-Sung;Lee Ho-Jin;Youn Ju-Heum
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.47
no.5
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pp.3-13
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2005
The present study examined the 3 dimensional space distribution characteristics of sea water intrusion using data available from previous observations. For this study, we used 3D FEMWATER, which is a 3 dimensional finite element model. The target area was around Daechang-ri, Gimje-si, Jeollabuk-do. The area is relatively easy to formulate a conceptual model and has observation wells in operation for surveying sea water intrusion. Considering the uncertainty of numerical simulation, we analyzed sensitivity to hydraulic conductivity, which has a relatively higher effect. According to the result of the analysis, the variation of TDS concentration had an error range of $-1,336{\~}+107 mg/{\iota}$. Taking note that the survey data from observation wells were collected when the boundary between fresh water and sea water in the aquifer was in equilibrium, we set the range of time for numerical simulation and estimated the spatial distribution of TDS concentration as the range of sea water intrusion. According to the result of estimation, the spatial distribution of TDS concentration calculated when 1,440 days were simulated was taken as the range of sea water intrusion. Using the result of calculation, we can draw not only vertical views for a certain section but also horizontal views of different depth. These views will be greatly helpful in understanding the spatial distribution of the range of sea water intrusion. In addition, the result of this study can be used rationally in proposing an optimal quantity of water pumping through investigating the moving route of sea water intrusion over time in order to prevent excessive water pumping and to maintain an optimal number of water pumping wells per interval.
A unique lightweight string truss deployable bridge assembled by thin-walled fiber reinforced polymer (FRP) and metal profiles was designed for emergency applications. As a new structure, investigations into the static structural performance under the serviceability limit state are desired for examining the structural integrity of the developed bridge when subjected to unsymmetrical loadings characterized by combined torsion and bending. In this study, a full-scale experimental inspection was conducted on a fabricated bridge, and the combined flexural-torsional behavior was examined in terms of displacement and strains. The experimental structure showed favorable strength and rigidity performances to function as deployable bridge under unsymmetrical loading conditions and should be designed in accordance with the stiffness criterion, the same as that under symmetrical loads. In addition, a finite element model (FEM) with a simple modeling process, which considered the multi segments of the FRP members and realistic nodal stiffness of the complex unique hybrid nodal joints, was constructed and compared against experiments, demonstrating good agreement. A FEM-based numerical analysis was thereafter performed to explore the effect of the change in elastic modulus of different FRP elements on the static deformation of the bridge. The results confirmed that the change in elastic modulus of different types of FRP element members caused remarkable differences on the bending and torsional stiffness of the hybrid bridge. The global stiffness of such a unique bridge can be significantly enhanced by redesigning the critical lower string pull bars using designable FRP profiles with high elastic modulus.
This paper presents comparative research on characteristics of air-cored and iron-cored high-temperature superconductor (HTS) field winding synchronous motors. The 100 kW air-cored model is designed analytically by Spatial Harmonic Method, and based on this model, the iron-cored model having the same output power is designed for comparison. Due to the substantial difference of permeability property between air and iron-core, there is a difference of magnetic field magnitude and angle with respect to the HTS tape c-axis, resulting in a different critical current of the field winding considering the anisotropic property of HTS tape. For a detailed comparison between two models, the following key motor characteristics are calculated through the Finite Element Method (FEM) simulation: 1) critical current; 2) HTS wire length; and 3) torque characteristics. From the simulation results, it can be confirmed that the critical current value of the iron-cored model increases by 33 %. Also, in the case of the superconducting wire consumption, those of the iron-cored and air-cored models are 95.3 m and 815.6 m, respectively. So the wire usage can be reduced to about 88 % by using iron core. However, in terms of torque characteristics, the torque ripple of the iron-cored model is about twice as large as that of the air-cored model, which may be a disadvantage on vibration and acoustic noise.
An integrated model is presented to describe underground flow and mass transport, using a multicomponent multiphase approach. The comprehensive governing equation is derived considering mass and force balances of chemical species over four phases(water, oil, air, and soil) in a schematic elementary volume. Compact and systemati notations of relevant variables and equations are introduced to facilitate the inclusion of complex migration and transformation processes, and variable spatial dimensions. The resulting nonlinear system is solved by a multidimensional finite element code. The developed code with dynamic array allocation, is sufficiently flexible to work across a wide spectrum of computers, including an IBM ES 9000/900 vector facility, SP2 cluster machine, Unix workstations and PCs, for one-, two and three-dimensional problems. To reduce the computation time and storage requirements, the system equations are decoupled and solved using a banded global matrix solver, with the vector and parallel processing on the IBM 9000. To avoide the numerical oscillations of the nonlinear problems in the case of convective dominant transport, the techniques of upstream weighting, mass lumping, and elementary-wise parameter evaluation are applied. The instability and convergence criteria of the nonlinear problems are studied for the one-dimensional analogue of FEM and FDM. Modeling capacity is presented in the simulation of three dimensional composite multiphase TCE migration. Comprehesive simulation feature of the code is presented in a companion paper of this issue for the specific groundwater or flow and contamination problems.
In this paper, a modified and representative unit cell model was employed to study the tensile behaviour of closed-cell metallic foams with varying spatial density distribution as well as material imperfections. The density variation was assumed to follow a statistical probability distribution of the Gaussian type. A multiple cell finite element model, utilising the modified unit cell, was developed. The model exhibits deformation patterns similar to those observed in tensile testing. The nominal stress-strain curve obtained from quasistatic tensile of the foam was compared with experimental findings and was found to be in good agreement in the scheme of maximum strength only if the appropriate density distribution and volume fraction of internal imperfections are taken into account. Moreover, maximum tensile strength of the aluminium foam was found to be more sensitive to the volume fraction of imperfection than standard deviation of the density.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.2
no.4
s.6
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pp.61-76
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2002
The structure system that is discreterized by continuous shells is usually used to make a large space structures and these structures show the collapse mechanisms that are captured at over the limit load, and snap-through and bifurcation are most well known of it. For the collapse mechanism, rise-span ratio, element stiffness and load mode are main factor, which it give an effect to unstable behavior. Moreover, resist force of structure can be reduced by initial condition and initial imperfection significantly. In order to investigate the instability of shell structures, the finite deformation theory can be applied and it becomes a nonlinear mathematics in which use equation of tangential stiffness incrementally. With an initial imperfection, using simple example and Flow Truss Dome, the buckling characteristics of space truss is main purpose of this paper, and unstable behavior is studied by proposed the numerical method. Also, by using MIDAS, this research work analyzes displacements and inner forces as the design load of model, and the ratio of buckling load of design load is investigated.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.17
no.4
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pp.149-157
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2017
An innovative analysis method is proposed in this paper for the determination of ultimate resistance of prestressed concrete beams. The proposed method can be applied to simply supported or continuous beams in a unified manner whether structure and external loads are symmetric or not. Through the iterative nonlinear strain compatibility solutions, this method can also be applied to the non-prismatic section/un-symmetrical composite structures under moving load. The conventional studies have used the failure criteria when the strain of concrete reaches 0.003. However compared with bonded case, the value of strain in the reinforcement is much smaller than bonded case, thus, unbonded prestressed cases show compressive failure mode. It is shown that the proposed method gives acceptable results within 5% error compared with the prior experimental results. It can be shown that the proposed method can reach the solution much faster than typical three-dimensional finite element analysis for the same problem. This method is applicable to the existing unbonded prestressed members where deterioration has occurred leading to the reduced ultimate resistance or safety. In all, the proposed procedure can be applied to the design and analysis of newly constructed structures, as well as the risk assessment of rehabilitated structures.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.24
no.2
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pp.53-63
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2024
The cultural heritage of fortresses is often exposed to external elements, leading to significant damage from stone weathering and natural disasters. However, due to the nature of cultural heritage, dismantling and restoration are often impractical. Therefore, the stability of fortress cultural heritage was evaluated through non-destructive testing. The durability of masonry cultural heritages is greatly influenced by the physical characteristics of the back-fille material. Dynamic characteristics were assessed, and endoscopy was used to inspect internal fillings. Additionally, a finite element analysis model was developed considering the surrounding ground through elastic wave exploration. The analysis showed that the loss of internal fillings in the target cultural heritage site could lead to further deformation in the future, emphasizing the need for careful observation.
Yujun Ye;Yikai Zhu;Bo Lei;Zhihai Weng;Hongchang Xu;Huaping Wan
Structural Monitoring and Maintenance
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v.11
no.3
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pp.203-217
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2024
Electro-mechanical impedance (EMI) technique is a low-cost structural damage detection method. It reflects structural damage through the change in admittance signal which contains the structural mechanical impedance information. The ambient temperature greatly affects the admittance signal, which hides the changes caused by structural damage and reduces the accuracy of damage identification. This study introduces a convolutional neural network to compensate for the temperature effect. The proposed method uses a framework that consists of a feature extraction network and a decoding network, and the original admittance signal with temperature information is used as the input. The output admittance signal is eliminated from the temperature effect, improving damage identification robustness. The admittance data simulated by the finite element model of the spatial grid structure is used to verify the effectiveness of the proposed method. The results show that the proposed method has advantages in identification accuracy compared with the damage index minimization method and the principal component analysis method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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