A Jacobian-Free Newton Krylov Two-Nodal Coarse Mesh Finite Difference algorithm based on Nodal Expansion Method (NEM_TNCMFD_JFNK) is successfully developed and proposed to solve the three-dimensional (3D) and multi-group reactor physics models. In the NEM_TNCMFD_JFNK method, the efficient JFNK method with the Modified Incomplete LU (MILU) preconditioner is integrated and applied into the discrete systems of the NEM-based two-node CMFD method by constructing the residual functions of only the nodal average fluxes and the eigenvalue. All the nonlinear corrective nodal coupling coefficients are updated on the basis of two-nodal NEM formulation including the discontinuity factor in every few newton steps. All the expansion coefficients and interface currents of the two-node NEM need not be chosen as the solution variables to evaluate the residual functions of the NEM_TNCMFD_JFNK method, therefore, the NEM_TNCMFD_JFNK method can greatly reduce the number of solution variables and the computational cost compared with the JFNK based on the conventional NEM. Finally the NEM_TNCMFD_JFNK code is developed and then analyzed by simulating the representative PWR MOX/UO2 core benchmark, the popular NEACRP 3D core benchmark and the complicated full-core pin-by-pin homogenous core model. Numerical solutions show that the proposed NEM_TNCMFD_JFNK method with the MILU preconditioner has the good numerical accuracy and can obtain higher computational efficiency than the NEM-based two-node CMFD algorithm with the power method in the outer iteration and the Krylov method using the MILU preconditioner in the inner iteration, which indicates the NEM_TNCMFD_JFNK method can serve as a potential and efficient numerical tool for reactor neutron diffusion analysis module in the JFNK-based multiphysics coupling application.
Three 3D nonlinear finite-element models are developed to study the behavior of concrete beams and plates with and without external reinforcement by fibre-reinforced plastic (FRP). All three models are formulated based upon the 3D theory of elasticity. The stress model is modified from the element developed by Ramtekkar, et al. (2002) to incorporate material nonlinearity in the formulation. Both transverse stress and displacement components are used as nodal degrees-of-freedom to ensure the continuity of both stress and displacement components between the elements. The displacement model uses only displacement components as nodal degrees-of-freedom. The transition model has both stress and displacement components as nodal degrees-of-freedom on one surface, and only displacement components as nodal degrees-of-freedom on the opposite surface. The transition model serves as a connector between the stress and the displacement models. The developed models are validated by comparing the results of the analyses with an existing experimental result. Parametric studies of the effects of the externally reinforced FRP on the load capacity of reinforced concrete (RC) beams and concrete plates are performed to demonstrate the practicality and the efficiency of the proposed models.
Cross-beams of modern through truss bridges are connected to truss chord at its nodes and between them. It results in variable rotational end restraint for cross-beams, thus variable bending moment distribution. This feature is captured in three-dimensional modelling of through truss bridge structure. However, for preliminary design or rapid assessment of service load effects such technique of analysis may not be available. So an analytical method of assessment of rotational end restraint for cross-beam of through truss bridges was worked out. Two cases - nodal cross-beam and inter-nodal cross-beam - were analyzed. Flexural and torsional stiffness of truss members, flexural stiffness of deck members and axial stiffness of wind bracing members in the vicinity of the analyzed cross-beam were taken into account. The provision for reduced stiffness of the X-type wind bracing was made. Finally, general formula for assessment of rotational end restraint was given. Rotational end restraints for cross-beams of three railway through truss bridges were assessed basing on the analytical method and the finite element method (three-dimensional beam-element modelling). Results of both methods show good agreement. The analytical method is able to reflect effects of some structural irregularities. On the basis of the obtained results the general values of rotational end restraint for nodal and inter-nodal cross-beams of railway through truss bridges were suggested.
Multigroup cross section (MG XS) generation by the UNIST in-house Monte Carlo (MC) code MCS for fast reactor analysis using nodal diffusion codes is reported. The feasibility of the approach is quantified for two sodium fast reactors (SFRs) specified in the OECD/NEA SFR benchmark: a 1000 MWth metal-fueled SFR (MET-1000) and a 3600 MWth oxide-fueled SFR (MOX-3600). The accuracy of a few-group XSs generated by MCS is verified using another MC code, Serpent 2. The neutronic steady-state whole-core problem is analyzed using MCS/RAST-K with a 24-group XS set. Various core parameters of interest (core keff, power profiles, and reactivity feedback coefficients) are obtained using both MCS/RAST-K and MCS. A code-to-code comparison indicates excellent agreement between the nodal diffusion solution and stochastic solution; the error in the core keff is less than 110 pcm, the root-mean-square error of the power profiles is within 1.0%, and the error of the reactivity feedback coefficients is within three standard deviations. Furthermore, using the super-homogenization-corrected XSs improves the prediction accuracy of the control rod worth and power profiles with all rods in. Therefore, the results demonstrate that employing the MCS MG XSs for the nodal diffusion code is feasible for high-fidelity analyses of fast reactors.
Alnaqbi, Jwaher;Hartanto, Donny;Alnuaimi, Reem;Imron, Muhammad;Gillette, Victor
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.2
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pp.764-769
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2022
The United Arab Emirates is currently building and operating four units of the APR-1400 developed by a South Korean vendor, Korea Electric Power Corporation (KEPCO). This paper attempts to perform APR-1400 reactor core analysis by using the well-known two-step method. The two-step method was applied to the APR-1400 first cycle using the open-source nodal diffusion code, KOMODO. In this study, the group constants were generated using CASMO-4 fuel transport lattice code. The simulation was performed in Hot Zero Power (HZP) at steady-state and transient conditions. Some typical parameters necessary for the Nuclear Design Report (NDR) were evaluated in this paper, such as effective neutron multiplication factor, control rod worth, and critical boron concentration for steady-state analysis. Other parameters such as reactivity insertion, power, and fuel temperature changes during the Reactivity Insertion Accident (RIA) simulation were evaluated as well. The results from KOMODO were verified using PARCS and SIMULATE-3 nodal core simulators. It was found that KOMODO gives an excellent agreement.
Kim, Hong-Sik;Moon, Seung-Pil;Choi, Jae-Seok;Rho, Dae-Seok
Proceedings of the KIEE Conference
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2001.05a
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pp.112-115
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2001
This paper illustrates a new nodal effective load model for nodal probabilistic production cost simulation of the load point in a composite power system. The new effective load model includes capacities and uncertainties of generators as well as transmission lines. The CMELDC based on the new effective load model at HLII has been developed also. The CMELDC can be obtain from convolution integral processing of the outage capacity probabilistic distribution function of the fictitious generator and the original load duration curve given at the load point. It is expected that the new model for the CMELDC proposed. In this study will provide some solutions to many problems based on nodal and decentralized operation and control of an electric power systems under competition environment in future. The CMELDC based on the new model at HLII will extend the application areas of nodal probabilistic production cost simulation, outage cost assessment and reliability evaluation etc. at load points. The characteristics and effectiveness of this new model are illustrated by a case study of a test system.
Accurate seismic analyses of large deformable moving structures are still unsolved problems in the field of earthquake engineering. In order to analyze these problems, the nonlinear finite element method formulated by the absolute nodal coordinate approach is noticed. Because, this formulation has several advantages over the standard procedures on mass matrix, elastic forces and damping forces in the case of large displacement problems. But, it has not been fully studied to build frame structure models by using beam elements in the absolute nodal coordinate formulation. In this paper, we propose the connecting method of the beam elements formulated by the absolute nodal coordinate. The coordinate transformation matrix of this element is introduced into the frame structure. This beam element has the characteristic that the mass matrix and bending stiffiness matrix are constant even if in the case of large displacement problems, and this characteristic is being kept after the transformation. In order to verify the proposed method, we show the numerical simulation results of frame structures for a vibration problem and a large displacement problem.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.23
no.5
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pp.702-710
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1999
U-shaped bellows are usually used to piping system pressure sensor and controller for refriger-ator. Bellows subjected to internal pressure are designed for the purpose of absorbing deformation. Internal pressure on the convolution sidewall and end collar will be applied to an axial load tend-ing to push the collar away from the convolutions. To find out deformation behavior of bellow sub-jected to internal pressure the axisymmetric shell theory using the finite element method is adopted in this paper. U-shaped bellows can be idealized by series of conical frustum-shaped ele-ments because it is axisymmetric shell structure. The displacements of nodal points due to small increment of force are calculated by the finite element method and the calculated nodal displace-ments are added to r-z cylindrical coordinates of nodal points. The new stiffness matrix of the sys-tem using the new coordinates of nodal points is adopted to calculate the another increments of nodal displacement that is the step by step method is used in this paper. The force required to deflect bellows axially is a function of the dimensions of the bellows and the materials from which they are made. Spring constant is analyzed according to the changing geometric factors of U-shaped bellows. The FEM results were agreed with experiment. Using developed FORTRAN PROGRAM the internal pressure vs. deflection characteristics of a particu-lar bellows can be predicted by input of a few factors.
This paper introduces a new two-step procedure for PWR depletion analyses. This procedure adopts the albedo-corrected parameterized equivalence constants (APEC) method to correct the lattice-based raw cross sections (XSs) and discontinuity factors (DFs) by accounting for neutron leakage. The intrinsic limitations of the conventional two-step methods are discussed by analyzing a 2-dimensional SMR with the commercial DeCART2D/MASTER code system. For a full-scope development of the APEC correction, the MASTER nodal code was modified so that the group constants can be corrected in the middle of a microscopic core depletion. The basic APEC methodology is described and color-set problems are defined to determine the APEC functions for burnup-dependent XS and DF corrections. Then the new two-step method was applied to depletion analyses of the SMR without thermal feedback, and its validity was evaluated in terms of being able to predict accurately the reactor eigenvalue and nodal power profile. In addition, four variants of the original SMR core were also analyzed for a further evaluation of the APEC-assisted depletion. In this work, several combinations of the burnup-dependent and -independent XS and DF corrections were also considered. The results show that the APEC method could enhance the nodal equivalence significantly with inexpensive additional costs.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.14
no.4
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pp.46-56
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1990
Stress analysis of axi-symetric body with non-symetric loading and non-symetric given displacements is investigated in this paper using the finite element method. As the non-symetric load and non-symetric given displacements of axi-symetric body are generally periodic functions of angle .theta., the nodal forces and nodal displacements can be expanded in cosine and sine series, that is, Fourier series. Furthermore, using Euler's formula, the cosine and sine series can be converted into exponential series and it is prooved that the related calculus become more clear. Substituting the nodal displacements expanded in Fourier series into the strain components of cylindrical coordinates system, the element strains are expressed in series form and by the principal of virtual work, the element stiffness martix and element load vector are obtained for each order. It is also showed that if the non-symetric loads are even or odd functions of angle ${\theta}$ the stiffness matrix and load vector of the system are composed with only real numbers and relatively small capacity fo computer memory is enough for calculation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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