This paper numerically examines, straight and twisted electrical heat trace installations for their anti-freezing effects on water inside a pipe. The unsteady incompressible Navier-Stokes equations coupled with an energy equation were solved to compare the two installation methods. The heat conduction of the pipe with a heat source interacts with the natural convection of the water, and the conjugate heat transfer was considered using a commercial code (ANSYS-FLUENT) based on a SIMPLE-type algorithm. Numerical experiments, were done to investigate the isotherms and the vector fields in the water region to extract the evolutions of the minimum and maximum temperatures of the water inside the pipe. There was no substantial difference in the anti-freezing effects between the straight and twisted. Therefore, the straight installation is recommended after considering the damage and short circuit behavior of the electrical heat trace.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.13
no.4
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pp.417-425
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2000
This paper describes the application of discretized continuum-type optimality criteria(DCOC) and the development of optimum design program for the reinforced concrete continuous beams with rectangular cross-section. The cost of construction as objective function which includes the costs of concrete, reinforcing steel and formwork is minimized. The design constraints include limits on the maximum deflection, flexural and shear strengths, in addition to ductility requirements, and upper and lower bounds on design variables as stipulated by the design Code. Based on Kuhn-Tucker necessary conditions, the optimality criteria are explicitly derived in terms of the design variables-effective depth, and steel ratio. The self-weight of the beam is included in the equilibrium equation of the real system. An iterative procedure and computer program for updating the design variables are developed. Two numerical examples of reinforced concrete continuous beams are presented to show the applicability and efficiency of the DCOC-based technique.
This paper describes the application of discretized continuum-type optimality criteria (DCOC) and the development of optimum design program for the multispan partially prestressed concrete beams. The cost of construction as objective function which includes the costs of concrete, prestressing steel, non-prestressing steel and formwork is minimized. The design constraints include limits on the maximum deflection, flexural and shear strengths, in addition to ductility requirements, and upper and lower bounds on design variables as stipulated by the design Code. Based on Kuhn-Tucker necessary conditions, the optimality criteria are explicitly derived in terms of the design variables-effective depth, eccentricity of prestressing steel and non-prestressing steel ratio. The prestressing profile is prescribed by parabolic functions. The self-weight of the structure is included in the equilibrium equation of the real system, as is the secondary effect resulting from the prestressing force. An iterative procedure and computer program for updating the design variables are developed. Two numerical examples of multispan PPC beams with rectangular cross-section are solved to show the applicability and efficiency of the DCOC-based technique.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.10
no.4
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pp.49-57
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2010
This study is the research appling the representative Displacement-Based Design which is the basic concept of Direct Displacement Based Design proposed by Chopra and Goel to original Reinforced Concrete structure and determining the thickness of retrofit Steel Jacket about the Maximum design ground acceleration, and developing the more improved Algorithm as well as program by the Retrofit Design method and Nonlinear analysis by the Performance design method before and after reinforcement appling the determined retrofit thickness. To predict the target displacement of retrofitted columns, a nonlinear analysis model of reinforced concrete columns has been developed to be based on the nonlinear fiber cross-sectional and segmental analysis model, and the seismic displacement level of retrofitted columns is estimated by two procedures, the direct displacement-based design method and the displacement coefficient method. In examples of seismic retrofit design, the current seismic improved design method gives good results in improvements of displacement levels and displacement ductilities of retrofitted columns.
GA-based fuzzy optimum design algorithm incorporated with the refined plastic hinge analysis method is presented in this study. In the refined plastic hinge analysis method, geometric nonlinearity is considered by using the stability functions of the beam-column members. Material nonlinearity is also considered by using the gradual stiffness degradation model, which considers the effects of residual stresses, moment redistribution through the occurence of plastic hinges, and the geometric imperfections of the members. In the genetic algorithm, the tournament selection method and the total weight of the steel frames. The requirements of load-carrying capacity, serviceability, ductility, and constructabil ity are used as the constraint conditions. In fuzzy optimization, for crisp objective function and fuzzy constraint s, the tolerance that is accepted is 5% of the constraints. Furthermore, a level-cut method is presented from 0 to 1 at a 0 .2 interval, with the use of the nonmembership function, to solve fuzzy-optimization problems. The values of conventional GA optimization and fuzzy GA optimization are compared in several examples of steel structures.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.11
no.1
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pp.59-66
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2011
Lifeline Damages induced by earthquake loading brings not only a structure damage but the communication problems by the interruption of various energy utilities such as electric power, gas, and water resources. Earthquake loss estimation systems in USA and Japan, called as HAZUS (Hazard in US) and HERAS (Hazards Estimation and Restoration Aid System), respectively, have been established for the purpose of efficient responding to the earthquake hazard. Sufficient damage records are required to establish these systems. However, there are insufficient data set of damage records obtained from previous earthquakes in Korea. In this study, according to the construction specifications of the pipelines in both Korea and USA, the behavior of both ductile and brittle pipelines embedded in dense sand overlying various soils, such as clay, sand, and gravel were examined with respect to the pipeline characteristics under various earthquake loadings. The applicability of pipeline damage prediction used in HAZUS program to Korea has been investigated.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.20
no.5
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pp.621-626
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2019
The driver's steering wheel maneuver is a typical disturbance that causes excessive body motion and traveling instability of a vehicle. Abrupt and extreme operation can cause rollover depending on the geometric and dynamic characteristics, e.g., SUV vehicles. In this study, to cope with the performance limitation of conventional cars, fundamental research on the structurization of a control system was performed as follows. Mathematical modeling of the lateral behavior induced by driver input was carried out. A controller was designed to reduce the body motion based on this model. An algorithm was applied to secure robust control performance against modeling errors due to parameter uncertainty, $H_{\infty}$. Using the decoupled 1/4 car, a dynamic load simulating model considering the body moment was suggested. The simulation result showed the validity of the load-simulating model. The framework for a lateral behavior control system is proposed, including an experimental 1/4 vehicle unit, load simulating module, suspension control module, and hardware-in-the-loop simulation technology.
The collapse of concrete structures by extreme loads such as impact, explosion, and blast from terrorist attacks causes severe property damage and human casualties. Concrete has excellent impact resistance to such extreme loads in comparison with other construction materials. Nevertheless, existing concrete structures designed without consideration of the impact or blast load with high strain rate are endangered by those unexpected extreme loads. In this study, to improve the impact resistance, the static and impact behaviors of concrete beams caste with steel fiber reinforced concrete (SFRC) with 0~1.5% (by volume) of 30 mm long hooked steel fibers were assessed. Test results indicated that the static and impact resistances, flexural strength, ductility, etc., were significantly increased when higher steel fiber volume fraction was applied. In the case of the layered concrete (LC) beams including greater steel fiber volume fraction in the tensile zone, the higher static and impact resistances were achieved than those of the normal steel fiber reinforced concrete beam with an equivalent steel fiber volume fraction. The impact test results were also compared with the analysis results obtained from the single degree of freedom (SDOF) system anaysis considering non-linear material behaviors of steel fiber reinforced concrete. The analysis results from SDOF system showed good agreement with the experimental maximum deflections.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.30
no.6
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pp.495-500
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2017
In the boundary layer of supersonic or hypersonic vehicles, there is the conversion from kinetic energy to thermal energy, called aerodynamic heating. Aerodynamic heating has to be considered to design supersonic vehicles, because it induces severe heat flux to surface. Transient heat transfer analysis with CFD is used to predict thermal response of vehicles, however transient heat transfer analysis needs excessive computing powers. Loosely coupled method is widely used for evaluating thermal response, however it needs to be revised for overestimated heat flux. In this research, quasi-transient method, which is combined loosely coupled method and conjugate heat transfer analysis, is proposed for evaluating thermal response with efficiency and reliability. Defining reference time of splitting flight scenario for transient simulation is important on accuracy of quasi-transient method, however there is no algorithm to determine. Therefore the research suggests the algorithm with various flow conditions to define reference time. Supersonic flow field of blunt body with constant acceleration is calculated to evaluate quasi-transient method. Temperature difference between transient and quasi-transient method is about 11.4%, and calculation time reduces 28 times for using quasi-transient method.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.33
no.3
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pp.93-100
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2021
Since the IB (Immersed Boundary) method, which can perform coupling analysis with objects and fluids having an impermeable boundary of arbitrary shape on a fixed grid system, has been developed, the IB method in various CFD models is increasing. The representative IB methods are the directing-forcing method and the ghost cell method. The directing-forcing type method numerically satisfies the boundary condition from the fluid force calculated at the boundary surface of the structure, and the ghost-cell type method is a computational method that satisfies the boundary condition through interpolation by placing a virtual cell inside the obstacle. These IB methods have a disadvantage in that the computational algorithm is complex. In this study, the simplified immersed boundary (SIB) method enables the analysis of temporary structures on a fixed grid system and is easy to expand to three proposed dimensions. The SIB method proposed in this study is based on a one-field model for immiscible two-phase fluid that assumes that the density function of each phase moves with the center of local mass. In addition, the volume-weighted average method using the density function of the solid was applied to handle moving solid structures, and the CIP method was applied to the advection calculation to prevent numerical diffusion. To examine the analysis performance of the proposed SIB method, a numerical simulation was performed on an object falling to the free water surface. The numerical analysis result reproduced the object falling to the free water surface well.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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