Wei Zhou;Tian-shun Hou;Yan Yang;Yu-xin Niu;Ya-sheng Luo;Cheng Yang
Geomechanics and Engineering
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v.34
no.5
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pp.577-595
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2023
A dynamic triaxial discrete element numerical model of lightweight soil was established using the discrete element method to study the microscopic mechanism of expanded polystyrene (EPS) particles in the soil under cyclic loading. The microscopic parameters of the discrete element model of the lightweight soil were calibrated depending on the dynamic triaxial test hysteresis curves. Based on the calibration results, the effects of the EPS particles volume ratio and amplitude on the contact force, displacement field, and velocity field of the lightweight soil under different accumulated strains were studied. The results showed that the hysteresis curves of lightweight soil exhibit nonlinearity, hysteresis, and strain accumulation. The strain accumulated in remolded soil is mainly tensile strain, and that in lightweight soil is mainly compressive strain. As the volume ratio of EPS particles increased, the contact force first increased and then decreased, and the displacement and velocity of the particles increased accordingly. With an increase in amplitude, the dynamic stress of the particle system increased, and the accumulation rate of the dynamic strain of the samples also increased. At 5% compressive strain, the contact force of the particles changed significantly and the number of particles deflected in the direction of velocity also increased considerably. These results indicated that the cemented structure of the lightweight soil began to fail at a compressive strain of 5%. Thus, a compressive strain of 5% is more reasonable than the dynamic strength failure standard of lightweight soil.
This study presents an application of hydro-mechanical coupled Particle Flow Code 3D (PFC3D) to simulation of fluid injection induced fault slip experiment conducted in Mont Terri Switzerland as a part of a task in an international research project DECOVALEX-2019. We also aimed as identifying the current limitations of the modelling method and issues for further development. A fluid flow algorithm was developed and implemented in a 3D pore-pipe network model in a 3D bonded particle assembly using PFC3D v5, and was applied to Mont Terri Step 2 minor fault activation experiment. The simulated results showed that the injected fluid migrates through the permeable fault zone and induces fault deformation, demonstrating a full hydro-mechanical coupled behavior. The simulated results were, however, partially matching with the field measurement. The simulated pressure build-up at the monitoring location showed linear and progressive increase, whereas the field measurement showed an abrupt increase associated with the fault slip We conclude that such difference between the modelling and the field test is due to the structure of the fault in the model which was represented as a combination of damage zone and core fractures. The modelled fault is likely larger in size than the real fault in Mont Terri site. Therefore, the modelled fault allows several path ways of fluid flow from the injection location to the pressure monitoring location, leading to smooth pressure build-up at the monitoring location while the injection pressure increases, and an early start of pressure decay even before the injection pressure reaches the maximum. We also conclude that the clay filling in the real fault could have acted as a fluid barrier which may have resulted in formation of fluid over-pressurization locally in the fault. Unlike the pressure result, the simulated fault deformations were matching with the field measurements. A better way of modelling a heterogeneous clay-filled fault structure with a narrow zone should be studied further to improve the applicability of the modelling method to fluid injection induced fault activation.
The purpose of this study is to evaluate and analyze the relationship between the external radiation dose reconstruction which is transmitted from the patient who receives radiation treatment through electronic portal imaging device (EPID) and the internal dose derived from the Monte Carlo simulation. As a comparative analysis of the two cases, it is performed to provide a basic indicator for similar studies. The geometric information of the experiment and that of the radiation source were entered into Monte Carlo n-particle (MCNPX) which is the computer simulation tool and to derive the EPID images, a tally card in MCNPX was used for visualizing and the imaging of the dose information. We set to source to surface distance (SSD) 100 cm for internal measurement and EPID. And the water phantom was set to be 100 cm of the source to surface distance (SSD) for the internal measurement and EPID was set to 90 cm of SSD which is 10 cm below. The internal dose was collected from the water phantom by using mesh tally function in MCNPX, accumulated dose data was acquired by four-portal beam exposures. At the same time, after getting the dose which had been passed through water phantom, dose reconstruction was performed using back-projection method. In order to analyze about two cases, we compared the penetrated dose by calibration of itself with the absorbed one. We also evaluated the reconstructed dose using EPID and partially accumulated (overlapped) dose in water phantom by four-portal beam exposures. The sum dose data of two cases were calculated as each 3.4580 MeV/g (absorbed dose in water) and 3.4354 MeV/g (EPID reconstruction). The result of sum dose match from two cases shows good agreement with 0.6536% dose error.
To analyze the aerosol dynamics in severe accidents of LMFBR, a new computer code entitled MCAD (Multicomponent Aerosol Dynamics) has been developed. The code can treat two component aerosol system using relative collision probability of each particles as sequences of accident scenarios. Coagulation and removal mechanisms incorporating Brownian diffusion and gravitational sedimentation are included in this model. In order to see the effect of particle geometry, the code makes use of the concept of density correction factor and shape factors. The code is verified using the experimental result of NSPP-300 series and compared to other code. At present, it fits the result of experiment well and agrees to the existing code. The input variables included are very uncertain. Hence, it requires uncertainty and sensitivity analysis as a supplement to code development. In this analysis, 14 variables are selected to analyze. The input variables are compounded by experimental design method and Latin hypercube sampling. Their results are applied to Response surface method to see the degree of regression. The stepwise regression method gives an insight to which variables are significant as time elapse and their reasonable ranges. Using Monte Carlo Method to the regression model of LHS, the confidence level of the results of MCAD and their variables is improved.
Monte Carlo N-Particle (MCNP) modeling algorithm based on the Monte Carlo method was used to perform the simulation of neutron logging in order to increase the reliability and utilization of neutron logs applied in geological and resource engineering fields. To perform the simulation using MCNP, we used a realistic three-dimensional configuration of neutron sonde and formation. Validation of the modeling was confirmed by comparing the calibration curves of sonde manufacture with those calculated by MCNP modeling. After the validation, lithology effects, pore fluid effects, borehole diameter change, casing effect, and effects of borehole water level were investigated through modeling experiments. Numerical tests indicate that changes in neutron count ratio according to the lithology were quantitatively understood. In case of a borehole with a diameter of 3 inches, ratio of counting rates was higher than expected to be interpreted as borehole fluid has small effects on neutron logging. Effect of casing was also small in general, particular when porosity increases. Since modeling results above the groundwater level showed a tendency opposite to those below the groundwater level, neutron logs can be used to detect groundwater level. The modeling results simulated in this study for various borehole environments are expected to be used for data processing and interpretation of neutron log.
Kim, Hyun-Gi;Kim, Sung Chan;Kim, Sung Jun;Kim, Soo Yeon
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.26
no.5
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pp.343-349
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2013
Crashworthy fuel cells have a great influence on improving the survivability of crews. Since 1960's, the US army has developed a detailed military specification, MIL-DTL-27422, defining the performance requirements for rotorcraft fuel cells. In the qualification tests required by MIL-DTL-27422, the crash impact test should be conducted to verify the crashworthiness of fuel cell. Success of the crash impact test means the improvement of survivability of crews by preventing post-crash fire. But, there is a big risk of failure due to huge external load in the crash impact test. Because the crash impact test itself takes a long-term preparation efforts together with costly fuel cell specimens, the failure of crash impact test can result in serious delay of a entire rotorcraft development. Thus, the numerical simulations of the crash impact test has been required at the early design stage to minimize the possibility of trial-and-error with full-scale fuel cells. Present study performs the numerical simulation using SPH(smoothed particle hydro-dynamic) method supported by a crash simulation software, LS-DYNA. Test condition of MIL-DTL-27422 is reflected on analysis and material data is acquired by specimen test of fuel cell material. As a result, the resulting equivalent stresses of fuel cell itself are calculated and vulnerable areas are also evaluated.
Recently, various multiphase flows have been developed, and among them some models have been commercialized. However, most of them have been developed based on a pressure-based approach; therefore, various numerical difficulties were involved inherently. Accordingly, in order to overcome these numerical difficulties, a multiphase flow model, MultiPhaSe flow (MPS), following a fractional-flow based approach was developed. In this study, by combining a contaminant transport module describing an enhanced dissolution effect of a surfactant with MPS, a MultiPhaSe flow and TranSport (MPSTS) model was developed. The developed model was verified using the analytical solution of Clement. The MPSTS model can simulate the process of surfactant enhanced aquifer remediation including interphase mass transfer and contaminant transport in multiphase flow by using the coupled particle tracking method and Lagrangian-Eulerian method. In this study, a surfactant was used in a non aqueous phase liquid (NAPL) contaminated area, and the effect of hydro-geological heterogeneity in the layered media on remediation efficiency was studied using the developed model. According to the numerical simulation, when hydraulic conductivity in a lower layer is 10 times, 20 times, and 50 times larger than that in an upper layer, the concentration of dissolved diesel in the lower layer is much higher than that in the upper layer because the surfactant moves faster along the lower layer owing to preferential flow; thus, the surfactant enhances dissolution of residual non aqueous phase liquid in the lower layer.
In Lead-based reactor (LBR) severe accident, the meltdown and migration inside the reactor core will lead to fuel fragment concentration, which may further cause re-criticality and even core disintegration. Accurately predicting the migration and solidification behavior of melt in LBR severe accidents is of prime importance for safety analysis of LBR. In this study, the Moving Particle Semi-implicit (MPS) method is validated and used to simulate the migration and solidification behavior. Two main surface tension models are validated and compared. Meanwhile, the MPS method is validated by the L-plate solidification test. Based on the improved MPS method, the migration and solidification behavior of melt in LBR severe accident was studied furthermore. In the Pb-Bi coolant, the melt flows upward due to density difference. The migration and solidification behavior are greatly affected by the surface tension and viscous resistance varying with enthalpy. The whole movement process can be divided into three stages depending on the change in velocity. The heat transfer of core melt is determined jointly by two heat transfer modes: flow heat transfer and solid conductivity. Generally, the research results indicate that the MPS method has unique advantage in studying the migration and solidification behavior in LBR severe accident.
The methods measuring the precipitation drop size distribution(hereafter referred to as DSD) at Cloud Physics Observation System (CPOS) in Daegwallyeong are to use PARSIVEL (PARticle SIze and VELocity) disdrometer (hereafter referred to as PARSIVEL) and Micro Rain Radar (hereafter referred to as MRR). First of all, PARSIVEL and MRR give good correlation coefficients between their rain rates and those of rain gage: $R^2=0.93$ and 0.91, respectively. For the DSD, the rain rates are classified in 3 categories (Category 1: rr (Rain Rate) ${\leq}0.5\;mm\;h^{-1}$, Category 2: $0.5\;mm\;h^-1$ < rr < $4.0\;mm\;h^{-1}$, Category 3: rr ${\geq}4\;mm\;h^{-1}$). The shapes of PARSIVEL and MRR DSD are relatively most similar in category 2. In addition, we retrieve the vertical rain rate and liquid water content from MRR under melting layer, calculated by Cha et al's method, in Daegwallyeong ($37^{\circ}41{\prime}N$, $128^{\circ}45^{\prime}E$, 843 m ASL, mountain area) and Haenam ($34^{\circ}33^{\prime}N$, $126^{\circ}34^{\prime}E$, 4.6 m ASL, coast area). The vertical variations of rain rate and liquid water content in Daegwallyeong are smaller than those in Haenam. We think that this different vertical rain rate characteristic for both sites is due to the vertical different cloud type (convective and stratiform cloud seem dominant at Haenam and Daegwallyeong, respectively). This suggests that the statistical precipitation DSD model, for the application of weather radar and numerical simulation of precipitation processes, be considered differently for the region, which will be performed in near future.
The objective of this study is to investigate the visibility of plume at the Y power plant stack, which fires the orimulsion as a fuel. The plume contains numerous primary particles under $1\;{\mu}m$ size and inorganic ions possibly inferred by the chemicals of secondary aerosol formation. We evaluated the visibility of the plume using the modified PLUVUE-II model. The monitoring data on the particle size distribution (PSD) and secondary aerosols of sulfate were applied to estimate and evaluate the main factors of plume opacity. The chemical reactions were applied to the model for the secondary aerosol formation of $(NH_4)_2SO_4(s)$. The maximum plume length was estimated by an optic method using threshold contrast. The results showed that the plume length was strongly dependent upon the PSD and $(NH_4)_2SO_4(s)$ concentration of the plume emitted from the stack.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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