In the core of the nuclear power plant of PWR, several cases of fuel failure by unknown causes have been experienced for various fuel types. From the common features of the failure pattern, failure lead time, flow conditions, and flow induced vibration characteristics in nuclear fuel bundles, it is deduced that the fretting wear failure of the fuel rod at the spacer grid position is due to the fluidelastic vibration. In the past, fluidelastic vibration was simulated by quasi -static semi-analytical model, so called the static model, which could not account for the interaction between the rods within a bundle. To overcome this defect and to provide for more flexibilities applicable to the fuel bundle, Tanaka's unsteady model was modified to accomodate the geometrical differences and governing parameter changes during the operations such as the number of rods, pitch to diameter ratio (P/D), spring force, damping coefficient, etc. The critical velocity was calculated by solving the governing equations with the MATLAB code. A comparison between the estimated critical velocity and the test result shows a good agreement. Finally, the level of decrease of the critical velocity due to the reduction in the spring force and reduced damping coefficient due to the radiation exposure is also estimated.
The search for new structural systems capable of associating performance and safety requires deeper knowledge regarding the mechanical behavior of structures subject to different loading conditions. The Strut-and-Tie Model is commonly used to structurally designing some reinforced concrete elements and for the regions where geometrical modifications and stress concentrations are observed, called "regions D". This method allows a better structural behavior representation for strength mechanisms in the concrete structures. Nonetheless, the topological model choice depends on the designer's experience regarding compatibility between internal flux of loads, geometry and boundary/initial conditions. Thus, there is some difficulty in its applications, once the model conception presents some uncertainty. In this context, the present work aims to apply the Strut-and-Tie Model to nonlinear structural elements together with a topological optimization method. The topological optimization method adopted considers the progressive stiffness reduction of finite elements with low stress values. The analyses performed could help the structural designer to better understand structural conceptions, guaranteeing the safety and the reliability in the solution of complex problems involving structural concrete.
This paper presents a beam finite element model of a vibrate wind blade in large elastic deformation subjected to the aerodynamic, centrifugal, gyroscopic and gravity loads. The gyroscopic loads applied to the blade are induced by her simultaneous vibration and rotation. The proposed beam finite element model is based on a simplex interpolation method and it is mainly intended to the numerical analysis of wind blades vibration in large elastic deformation. For this purpose, the theory of the sheared beams and the finite element method are combined to develop the algebraic equations system governing the three-dimensional motion of blade vibration. The applicability of the theoretical approach is elucidated through an original case study. Also, the static deformation of the used wind blade is assessed by appropriate software using a solid finite element model in order to show the effectiveness of the obtained results. To simulate the nonlinear dynamic response of wind blade, the predictor-corrector Newmark scheme is applied and the stability of numerical process is approved during a large time of blade functioning. Finally, the influence of the modified geometrical stiffness on the amplitudes and frequencies of the wind blade vibration induced by the sinusoidal excitation of gravity is analyzed.
The paper describes the development of a two-dimensional (2D) co-rotational nonlinear beam finite element that includes advanced path-following capabilities for detecting bifurcation instability in elasto-plasticity of steel elements subjected to fire without introducing imperfections. The advantage is twofold: i) no need to assume the magnitude of the imperfections and consequent reduction of the model complexity; ii) the presence of possible critical points is checked at each converged time step based on the actual load and stiffness distribution in the structure that is affected by the temperature field in the elements. In this way, the buckling modes at elevated temperature, that may be different from the ones at ambient temperature, can be properly taken into account. Moreover, an improved displacement predictor for estimating the displacement field allowed significant reduction of the computational cost. A co-rotational framework was exploited for describing the beam kinematic. In order to highlight the potential practical implications of the developed finite element, a parametric analysis was performed to investigate how the beam element compares both with the EN1993-1-2 buckling curve and with experimental tests on axially compressed steel members. Validation against experimental data and numerical outcomes obtained with commercial software is thoroughly described.
Studying the critical response characteristics of box culverts with diverse geometrical configurations under seismic excitations is a necessary step to develop a reasonable design method. In this work, a numerical parametric study is conducted on various soil-culvert systems, aiming to highlight the critical difference in the seismic performances between three- and four-sided culverts. Two-dimensional numerical models consider a variety of burial depths, flexibility ratios and foundation widths, assuming a visco-elastic soil condition, which permits to compare with the analytical solutions and previous studies. The results show that flexible three-sided culverts at a shallow depth considerably amplify the spectral acceleration and Arias intensity. Larger racking deformation and rocking rotation are also predicted for the three-sided culverts, but the bottom slab influence decreases with increasing burial depth and foundation width. The bottom slab combined with the burial depth and structural stiffness also significantly influences the magnitude and distribution of the dynamic earth pressure. The findings of this work shed light on the critical role of the bottom slab in the seismic responses of box culverts and may have a certain reference value for the preliminary seismic design using R-F relation.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.1
no.2
s.2
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pp.85-92
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2001
The structural behaviors of anisotropic laminated shells are quite different from that of isotropic shells, Also, the classical theory of shells based on neglecting transverse shear deformation is invalid for laminated shells. Thus, to obtain the more exact behavior of laminated shells, effects of shear deformation should be considered in the analysis. As the length of x-axis or y-axis is increase, the effects of transverse shear deformation are decrease because the stiffness for the axis according to the increasing of length is large gradually. In this paper, the governing equations for anisotropic laminated shallow shell including the effects of shear deformation are derived. And then, by using Navier's solutions for shallow shells having simple supported boundary, extensive numerical studies for anisotropic laminated shallow shells were made to investigate the effects of shear deformation for 3 typical shells. Also, static analysis is carried out for cross-ply laminated shells considering the effects of various geometrical parameters, e,g., the shallowness ratio, the thickness ratio and the ratio of a(length of x-axis)-to-b(length of y-axis). The results are compared with existed one and show good agreement.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2003.06a
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pp.1768-1771
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2003
Hard turning replaces grinding for finishing process with expectations of higher productivity and demanded surface quality. Especially for the surface roughness as surface quality demanded in finishing process of hard turning, know-how of machining characteristics of hardened materials by cutting force analysis should be accumulated in company with achievement of precision of elements and high stiffness design technology in hard turning. Considering chip formation mechanism of hardened materials, adequate cutting conditions are selected for machining experiments and cutting forces are measured according to cutting conditions. Increase of cutting forces especially thrust force and increase of dynamic instability could occur in hard turning. Analysis of dynamic characteristics of the cutting forces is executed to investigate relation between dynamic instability and surface roughness in hard turning. Investigation on effects of relative motion of machining system generated by vibration due to dynamic instability shows that ultimate surface roughness could be predicted considering relative motion of machining system with geometrical surface roughness.
This paper deals with free vibration analysis of continuous grading fiber reinforced (CGFR) and bi-directional FG annular sector plates on two-parameter elastic foundations under various boundary conditions, based on the three-dimensional theory of elasticity. The plates with simply supported radial edges and arbitrary boundary conditions on their circular edges are considered. A semi-analytical approach composed of differential quadrature method (DQM) and series solution is adopted to solve the equations of motion. Some new results for the natural frequencies of the plate are prepared, which include the effects of elastic coefficients of foundation, boundary conditions, material and geometrical parameters. Results indicate that the non-dimensional natural frequency parameter of a functionally graded fiber volume fraction is larger than that of a discrete laminated and close to that of a 2-layer. It results that the CGFR plate attains natural frequency higher than those of traditional discretely laminated composite ones and this can be a benefit when higher stiffness of the plate is the goal and that is due to the reduction in spatial mismatch of material properties. Moreover, it is shown that a graded ceramic volume fraction in two directions has a higher capability to reduce the natural frequency than conventional one-dimensional functionally graded material. The multidirectional graded material can likely be designed according to the actual requirement and it is a potential alternative to the unidirectional functionally graded material. The new results can be used as benchmark solutions for future researches.
Del Broccolo, S.;Ouisse, M.;Foltete, E.;Scarpa, F.
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.6
no.6
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pp.479-495
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2019
Periodic cellular core structures included in sandwich panels possess good stiffness while saving weight and only lately their potential to act as passive vibration filters is increasingly being studied. Classical homogeneous honeycombs show poor vibracoustic performance and only by varying certain geometrical features, a shift and/or variation in bandgap frequency range occurs. This work aims to investigate the vibration filtering properties of the AUXHEX "hybrid" core, which is a cellular structure containing cells of different shapes. Numerical simulations are carried out using two different approaches. The first technique used is the harmonic analysis with commercially available software, and the second one, which has been proved to be computationally more efficient, consists in the Wave Finite Element Method (WFEM), which still makes use of finite elements (FEM) packages, but instead of working with large models, it exploits the periodicity of the structure by analysing only the unit cell, thanks to the Floquet-Bloch theorem. Both techniques allow to produce graphs such as frequency response plots (FRF's) and dispersion curves, which are powerful tools used to identify the spectral bandgap signature of the considered structure. The hybrid cellular core pattern AUXHEX is analysed and results are discussed, focusing the investigation on the possible spectral bandgap signature heritage that a hybrid core experiences from their "parents" homogeneous cell cores.
The present paper investigates the simultaneous resonance behavior of spiral stiffened multilayer functionally graded (SSMFG) cylindrical shells with internal and external functionally graded stiffeners under the two-term large amplitude excitations. The structure is embedded within a generalized nonlinear viscoelastic foundation which is composed of a two-parameter Winkler-Pasternak foundation augmented by a Kelvin-Voigt viscoelastic model with a nonlinear cubic stiffness. The cylindrical shell has three layers consist of ceramic, FGM, and metal. The exterior layer of the cylindrical shell is rich ceramic while the interior layer is rich metal and the functionally graded material layer is located between these layers. With regard to classical shells theory, von-Kármán equation, and Hook law, the relations of stress-strain are derived for shell and stiffeners. The spiral stiffeners of the cylindrical shell are modeled according to the smeared stiffener technique. According to the Galerkin method, the discretized motion equation is obtained. The simultaneous resonance is obtained using the multiple scales method. Finally, the influences of different material and geometrical parameters on the system resonances are investigated comprehensively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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