The discrete crack-concept is applied to study the 3D propagation of tensile-dominated failure in plain concrete. To this end the Partition of Unity Finite Element Method (PUFEM) is utilized and the strong discontinuity approach is followed. A consistent linearized implementation of the PUFEM is combined with a predictor-corrector algorithm to track the crack path, which leads to a robust numerical description of concrete cracking. The proposed concept is applied to study concrete failure during the PCT3D test and the predicted numerical results are compared to experimental data. The proposed numerical concept provides a clear interface for constitutive models and allows an investigation of their impact on concrete cracking under 3D conditions, which is of significant scientific interests to interpret results from 3D experiments.
Sudeep Das Turja;Md. Rajibul Islam;Dong Van Nguyen;Dookie Kim
Nuclear Engineering and Technology
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제56권9호
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pp.3512-3527
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2024
Seismic quantification of nonstructural components like electrical cabinets is essential to ensure the uninterrupted operation of nuclear facilities during earthquake events. This process requires experimental tests, which can be expensive, time-consuming, and limited by safety concerns and precision. As an alternative to that, numerical simulations should be done in such a way that they are capable of capturing the global dynamic behavior with minimum computational efforts. However, in the case of complex interconnected cabinets, the simplification of numerical models often poses difficulties in illustrating the real-time behavior of combined cabinet systems. On the other hand, detailed three-dimensional (3D) numerical models require lengthy time and sophisticated computational setup, indicating their expensive computational efforts. To resolve this issue, a simplified and efficient 3D modeling approach has been proposed in this study. The accuracy of the results from the new model showed an excellent match with that obtained from the responses of the experimental test. After the validation and observation of the numerical efficiency, a practical application is implemented by considering the impacts of earthquake frequency contents on the behavior of cabinet systems. From the outcomes, it is evident that this proposed modeling methodology has the potential to replace the complex combined nuclear cabinet models for earthquake evaluation.
The main purpose of this paper is the numerical analysis of the non-linear seismic response of a RC building mock-up. The mock-up is subjected to different synthetic horizontal seismic excitations. The numerical approach is based on a 3D-model involving multilayered shell elements. These elements are composed of several single-layer membranes with various eccentricities. Bending effects are included through these eccentricities. Basic equations are first written for a single membrane element with its own eccentricity and then generalised to the multilayered shell element by superposition. The multilayered shell is considered as a classical shell element : all information about non-linear constitutive relations are investigated at the local scale of each layer, whereas balance and kinematics are checked afterwards at global scale. The non-linear dynamic response of the building is computed with Newmark algorithm. The numerical dynamic results (blind simulations) are considered in the linear and non linear cases and compared with experimental results from shaking table tests. Multilayered shell elements are found to be a promising tool for predictive computations of RC structures behaviour under 3D seismic loadings. This study was part of the CAMUS International Benchmark.
Fluid model based numerical analysis is done to simulate a low damage etch back system for 20 nm scale semiconductor fabrication. Etch back should be done conformally with very high material selectivity. One possible mechanism is three steps: reactive radical generation, adsorption and thermal desorption. In this study, plasma generation and transport steps are analyzed by a commercial plasma modeling software package, CFD-ACE+. Ar + $CF_4$ ICP was used as a model and the effect of reactive gas inlet position was investigated in 2D and 3D. At 200~300 mTorr of gas pressure, separated gas inlet scheme is analyzed to work well and generated higher density of F and $F_2$ radicals in the lower chamber region while suppressing ions reach to the wafer by a double layer conducting barrier.
Increasingly numerical (finite element) modeling of concrete hinges on our ability to develop a representative volume element with all its heterogeneity properly discretized. Yet, despite all the sophistication of the ensuing numerical models, the initial discretization has been for the most part simplistic. Whenever the heterogeneity of the concrete is to be accounted for, a mesh is often manually crafted through the arbitrary inclusion of the particles (aggregates and/or voids) in an ad-hoc manner. This paper develops a mathematical strategy to precisely address this limitation. Algorithms for the random generation and placement of elliptical (2D) or ellipsoid (3D) inclusions, with possibly radiating cracks, in a virtual concrete model are presented. Collision detection algorithms are extensively used.
In this paper we presented numerical method for the simulation of powder injection molding filling process, which is one of the key processes in powder injection molding. Rheological properties of powder binder mixture such as slip phenomena and yield stress were introduced into the numerical analysis model of powder injection molding filling simulation. Numerical model can be classified into two types. One is 2.5D model which can be introduced to a arbitrary thin geometry and the other is full 3D model which can be applied to a general 3D shape. For 2.5D model we showed the validity of our CAE system with several verification examples. Finally we suggested flow analysis model for 3D powder injection molding filling simulation.
The aim of this paper is to evaluate the accuracy and reliability of the available bond-slip laws which are being used for the numerical modeling of Fiber Reinforced Polymer (FRP)/concrete interfaces. For this purpose, a set of Reinforced Concrete (RC) beams retrofitted with external FRP were modeled using the 3D nonlinear Finite Element (FE) approach. All considered RC beams have been previously tested and the corresponding experimental data are available in the literature. The failure modes of these beams are concrete crushing, steel yielding and FRP debonding. Through comparison of the numerical and experimental results, the effectiveness of each FRP/concrete bond-slip model for the prediction of the structural behavior of externally retrofitted RC beams is assessed. The sensitivity of the numerical results against different modeling considerations of the concrete constitutive behavior and bond-slip laws has also been evaluated. The results show that the maximum allowable stress of FRP/concrete interface has an important role in the accurate prediction of the FRP debonding failure.
Zaoui, Fatima Zohra;Tounsi, Abdelouahed;Ouinas, Djamel;Olay, Jaime A. Vina
Structural Engineering and Mechanics
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제74권1호
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pp.105-119
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2020
In this work, a novel higher-order shear deformation theory (HSDT) for static and free vibration analysis of functionally graded (FG) plates is proposed. Unlike the conventional HSDTs, the proposed theory has a novel displacement field which includes undetermined integral terms and contains fewer unknowns. Equations of motion are obtained by using Hamilton's principle. Analytical solutions for the bending and dynamic investigation are determined for simply supported FG plates. The computed results are compared with 3D and quasi-3D solutions and those provided by other plate theories. Numerical results demonstrate that the proposed HSDT can achieve the same accuracy of the conventional HSDTs which have more number of variables.
Numerical modeling was conducted to estimate the amount of dislocation that may occur across a frictionless fracture during an earthquake using commercial code FLAC3D (Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3 Dimensions). The applied motion was calculated to represent a Richter 6.0 magnitude earthquake at distances of 2 km from the fracture. The velocity-time history was generated from Svensk $K{\ddot{a}}arnbr{\ddot{a}}anslehantering$ AB report. In the report, The velocity field resulting from an earthquake on a fault located in the near-field (2 km distance) was modelled using a finite difference program, WAVE. The stress-time history was substituted for velocity-time history to perform dynamic analysis using FLAC3D. During the earthquake, the maximum dislocation and change of shear stress were about 1 cm and 2MPa, respectively. Because the fracture is frictionless in this study, all dislocations relax to zero after the earthquake motions have ceased.
LEE JUNG-JAE;LEE JIN-YONG;PARK GOON-CHERL;LEE BYUNG-CHUL;YOO HOJONG;KIM HYEONG-TAEK;OH SEUNG-JONG
Nuclear Engineering and Technology
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제37권3호
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pp.265-272
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2005
Severe accidents in nuclear power plants can cause hydrogen-generating chemical reactions, which create the danger of hydrogen combustion and thus threaten containment integrity. For containment analyses, a three-dimensional mechanistic code, GOTHIC-3D has been applied near source compartments to predict whether or not highly reactive gas mixtures can form during an accident with the hydrogen mitigation system working. To assess the code applicability to hydrogen combustion analysis, this paper presents the numerical calculation results of GOTHIC-3D for various hydrogen combustion experiments, including FLAME, LSVCTF, and SNU-2D. In this study, a technical base for the modeling oflarge- and small-scale facilities was introduced through sensitivity studies on cell size and bum modeling parameters. Use of a turbulent bum option of the eddy dissipation concept enabled scale-free applications. Lowering the bum parameter values for the flame thickness and the bum temperature limit resulted in a larger flame velocity. When applied to hydrogen combustion analysis, this study revealed that the GOTHIC-3D code is generally able to predict the combustion phenomena with its default bum modeling parameters for large-scale facilities. However, the code needs further modifications of its bum modeling parameters to be applied to either small-scale facilities or extremely fast transients.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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