A coupled three-dimensional pile group analysis method was developed by considering complex behavior of sub-structures (pile-soil-cap) which included soil nonlinearity and the behavior of super-structure (pier). As an intermediate analysis method between FBPier 3.0 and Group 0.0, it took advantages of each method. Among the components of a pile group, individual piles were modeled with stiffness matrices of pile heads and soils with nonlinear load-transfer curves (t-z, q-z and p-y curves). A pile cap was modeled with modified four-node flat shell elements and a pier with three-dimensional beam element, so that a unified analysis could be possible. A nonlinear analysis method was proposed in this study with a mixed incremental and iteration techniques. The proposed method for a pile group subjected to axial and lateral loads was compared with othe. analytical methods (i.e., Group 6.0 and FBPier 3.0). It was found that the proposed method could predict the complex behavior of a pile group well, even though piles were modelled simply in this study by using pile head stiffness matrices which were different from the method introduced in FBPier 3.0.
The FUel Rod Analysis(FURA) code is developed using two-dimensional finite element methods for axisymmetric and plane stress analysis of fuel rod. It predicts the thermal and mechanical behavior of fuel rod during normal and load follow operations. To evaluate the exact temperature distribution and the inner gas pressure, the radial deformation of pellet and clad, the fission gas release are considered over the full-length of fuel rod. The thermal element equation is derived using Galerkin's techniques. The displacement element equation is derived using the principle of virtual works. The mechanical analysis can accommodate various components of strain: elastic, plastic, creep and thermal strain as well as strain due to swelling, relocation and densification. The 4-node quadratic isoparametric elements are adopted, and the geometric model is confined to a half-pellet-height region with the assumption that pellet-pellet interaction is symmetrical. The pellet cracking and crack healing, pellet-cladding interaction are modelled. The Newton-Raphson iteration with an implicit algorithm is applied to perform the analysis of non-linear material behavior accurately and stably. The pellet and cladding model has been compared with both analytical solutions and experimental results. The observed and predicted results are in good agreement. The general behavior of fuel rod is calculated by axisymmetric system and the cladding behavior against radial crack is used by plane stress system. The sensitivity of strain aging of PWR fuel cladding tube due to load following is evaluated in terms of linear power, load cycle frequency and amplitude.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.12
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pp.294-302
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2018
To analyze the behavior of a soil beam under pore water pressure, the results of analytical solutions and finite element analysis (FEM) were compared quantitatively. In contrast to the results of the analytical solution, the horizontal stress obtained from the FEM did not show a symmetrical distribution. On the other hand, the horizontal stress became closer to symmetrical distribution as the number of elements of the soil beam were increased. A comparison of the horizontal stresses from the analytic solution with those obtained from Gaussian points of FEM showed that the magnitude of the tensile stress from the FEM using 3 elements was 6% of the maximum value of the analytical solution and the compressive stress from the FEM using the same elements was 37% of the maximum value of the analytical solution. The magnitude of the tensile stress from the FEM using 6 elements was 61% of the maximum value of the analytical solution and the magnitude of the compressive stress from the FEM using the elements was 83% of the maximum value of the analytical solution. Vertical stresses, which were obtained from the analytical solution, showed a continuous distribution with the depth of the soil beam, whereas the vertical stresses from the FEM showed a discrete distribution corresponding to each element. The results also showed that the average value of the vertical stresses of each element was close to that of the pore water pressure. A comparison of the vertical displacements computed at the near vertical center line of the soil beam from the FEM with those of the analytical solution showed that the magnitude of the vertical displacement from FEM using 3 elements was 35% of the value of the analytical solution and the magnitude of the vertical displacement from FEM using 6 elements was 57% of the value of the analytical solution.
The three methods of analysis (i) REV(representative elemental volume), (ii) non-REV and (iii) joint network analysis are introduced in this paper to analyze the groundwater flow in jointed rock mass and the inflow into underground excavations. The results from those methods are compared one another to reveal their characteristics by varying the number of joints and the diameter of the opening. The pre-processor, the so-called sequential analysis, is introduced to predict the equivalent hydraulic conductivity of a jointed rock mass having a number of intersecting joints. Using the finite element mesh, joint map and sequential analysis, the equivalent hydraulic conductivities are calculated for all 445 elements. The hydraulic inhomogeneity and the determination of the representative properties of jointed rock masses are discussed. In the REV analysis where the entire rock mass is homogenized through the representative properties, the inflow is increased regularly and consistently by increasing the joint density, the opening size and the conductivity contrast value. Though the non-REV analysis showed irregular variation of the inflow due to the local inhomogeneity allowed to individual elements, the inflow approached the REV results as the characteristic length increases. The joint network analysis showed the most sensitive reaction to the joint density, the opening size and the presence of the network crossing the opening. The reliability of the network analysis depends on the geometric data of individual joints. In view of the limited field data on joint geometry and possible uncertainty the REV and non-REV methods are considered more practical and rational than the joint network analysis.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.41
no.6
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pp.25-31
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2004
In this paper, we introduce kinetic Monte Carlo (kMC) methods for simulating diffusion process in nano-scale device fabrication. At first, we review kMC theory and backgrounds and give a simple point defect diffusion process modeling in thermal annealing after ion (electron) implantation into Si crystalline substrate to help understand kinetic Monte Carlo methods. kMC is a kind of Monte Carlo but can simulate time evolution of diffusion process through Poisson probabilistic process. In kMC diffusion process, instead of. solving differential reaction-diffusion equations via conventional finite difference or element methods, it is based on a series of chemical reaction (between atoms and/or defects) or diffusion events according to event rates of all possible events. Every event has its own event rate and time evolution of semiconductor diffusion process is directly simulated. Those event rates can be derived either directly from molecular dynamics (MD) or first-principles (ab-initio) calculations, or from experimental data.
Son Jeong-Sul;Song Yoonho;Chung Seung-Hwan;Suh Jung Hee
Geophysics and Geophysical Exploration
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v.5
no.4
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pp.280-290
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2002
Three-dimensional (3-D) electromagnetic (EM) modeling algorithm has been developed using finite element method (FEM) to acquire more efficient interpretation techniques of EM data. When FEM based on nodal elements is applied to EM problem, spurious solutions, so called 'vector parasite', are occurred due to the discontinuity of normal electric fields and may lead the completely erroneous results. Among the methods curing the spurious problem, this study adopts vector element of which basis function has the amplitude and direction. To reduce computational cost and required core memory, complex bi-conjugate gradient (CBCG) method is applied to solving complex symmetric matrix of FEM and point Jacobi method is used to accelerate convergence rate. To verify the developed 3-D EM modeling algorithm, its electric and magnetic field for a layered-earth model are compared with those of layered-earth solution. As we expected, the vector based FEM developed in this study does not cause ny vector parasite problem, while conventional nodal based FEM causes lots of errors due to the discontinuity of field variables. For testing the applicability to high frequencies 100 MHz is used as an operating frequency for the layer structure. Modeled fields calculated from developed code are also well matched with the layered-earth ones for a model with dielectric anomaly as well as conductive anomaly. In a vertical electric dipole source case, however, the discontinuity of field variables causes the conventional nodal based FEM to include a lot of errors due to the vector parasite. Even for the case, the vector based FEM gave almost the same results as the layered-earth solution. The magnetic fields induced by a dielectric anomaly at high frequencies show unique behaviors different from those by a conductive anomaly. Since our 3-D EM modeling code can reflect the effect from a dielectric anomaly as well as a conductive anomaly, it may be a groundwork not only to apply high frequency EM method to the field survey but also to analyze the fold data obtained by high frequency EM method.
Purpose: The purpose of this study was to investigate the effect of different thread designs on the marginal bone stresses around dental implant. Materials and methods: Standard ITI implant(ITI Dental Implant System; Straumann AG, Waldenburg, Switzerland), 4.1 mm in diameter and 10 mm in length, was selected as control. Test implants of four different thread patterns were created based on control implant, i.e. maintaining all geometrical design of control implant except thread pattern. Four thread designs used in test implants include (1) small V-shape screw (model A), (2) large V-shape screw (model B), (3) buttress screw (model C), and (4) trapezoid screw (model D). Surface area for unit length of implant was 14.4 $mm^2$ (control), 21.7 (small V-shape screw), 20.6 (large V-shape screw), 17.0 (buttress screw) and 28.7 $mm^2$ (trapezoid screw). Finite element models of implant/bone complex were created using an axisymmetric scheme with the use of NISA II/DISPLAY III (Engineering Mechanics Research Corporation, Troy, MI, USA). A load of 100 N applied to the central node on the crown top either in parallel direction or at 30 degree to the implant axis (in order to apply non-axial load to the implant NKTP type 34 element was employed). Quantification and comparison of the peak stress in the marginal bone of each implant model was made using a series of regression analyses based on the stress data calculated at the 5 reference points which were set at 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 and 1.0 mm from implant wall on the marginal bone surface. Results: Results showed that although severe stress concentration on the marginal bone cannot be avoided a substantial reduction in the peak stress is achievable using different thread design. The peak marginal bone stresses under vertical loading condition were 7.84, 6.45, 5.96, 6.85, 5.39 MPa for control and model A, B, C and D, respectively. And 29.18, 26.45, 25.12, 27.37, 23.58 MPa when subject to inclined loading. Conclusion: It was concluded that the thread design is an important influential factor to the marginal bone stresses.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.5
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pp.519-525
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2010
The finite element (FE) method is generally used to model and simulate the physical behavior of large structures, such as passenger vehicles or aircraft. However, FE analysis involves a very large computation time and cost for developing the analysis model. Therefore, the vibration characteristics of large structural systems are often analyzed using the component mode synthesis (CMS) method, which is one of the substructure synthesis methods. In this study, the vibration characteristics of passenger vehicles are analyzed by using the substructure synthesis method. A passenger vehicle model, which includes a vehicle body, suspension systems, and a sub-frame, is presented. The physical components of the vehicle system are modeled as equivalent substructures using the Craig-Bampton method of CMS. The vibration characteristics, such as the natural frequencies and mode shapes and frequency response, of the vehicle system are determined. The effects of variations in some design parameters on the vibration characteristics of the full vehicle model are also investigated.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.16
no.3
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pp.13-22
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2012
Even with its significant influence on the dynamic analysis and foundation design of structures, sometimes the soil-structure interaction has been ignored during the design process. One of the reasons is due to the fact that the modeling procedures are too complicated to meet the requirements in practice. In this study, using the Cali(IT)2 building in California with high and frequent seismic activities, the analysis differences for different boundary conditions are reviewed. The Beam on Nonlinear Winkler Foundation Model, one of the foundation modeling methods, is modified for easy use by the Linear Matrix Inequalities Model Reduction Technique. The product of the proposed process is applied to create the Finite Element Model. The results show fairly good agreement with the real data acquired from the Cal(IT)2 building.
Kim, Kyong-Hwan;Bang, Je-Sung;Kim, Yong-Hwan;Kim, Seung-Jo
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.49
no.4
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pp.312-326
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2012
This paper considers a fully coupled 3D BEM-FEM analysis for the ship structural hydroelasticity problem in waves. Fluid flows and structural responses are analyzed by using a 3D Rankine panel method and a 3D finite element method, respectively. The two methods are fully coupled in the time domain using a fixed-point iteration scheme, and a relaxation scheme is applied for improve convergence. In order to validate the developed method, numerical tests are carried out for a barge model. The computed natural frequency, motion responses, and time histories of stress are compared with the results of the beam-based hydroelasticity program, WISH-FLEX, which was thoroughly validated in previous studies. This study extends to a real-ship application, particularly the springing analysis for a 6500 TEU containership. Based on this study, it is found that the present method provides reliable solutions to the ship hydroelasticity problems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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