Park, Ho Jin;Lee, Dong Hyuk;Jeon, Byoung Kyu;Shim, Hyung Jin
Nuclear Engineering and Technology
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v.50
no.7
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pp.1043-1050
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2018
For an efficient Monte Carlo (MC) burnup analysis, an accurate high-order depletion scheme to consider the nonlinear flux variation in a coarse burnup-step interval is crucial accompanied with an accurate depletion equation solver. In a Seoul National University MC code, McCARD, the high-order depletion schemes of the quadratic depletion method (QDM) and the linear extrapolation/quadratic interpolation (LEQI) method and a depletion equation solver by the Chebyshev rational approximation method (CRAM) have been newly implemented in addition to the existing constant extrapolation/backward extrapolation (CEBE) method using the matrix exponential method (MEM) solver with substeps. In this paper, the quadratic extrapolation/quadratic interpolation (QEQI) method is proposed as a new high-order depletion scheme. In order to examine the effectiveness of the newly-implemented depletion modules in McCARD, four problems in the VERA depletion benchmarks are solved by CEBE/MEM, CEBE/CRAM, LEQI/MEM, QEQI/MEM, and QDM for gadolinium isotopes. From the comparisons, it is shown that the QEQI/MEM predicts ${k_{inf}}^{\prime}s$ most accurately among the test cases. In addition, statistical uncertainty propagation analyses for a VERA pin cell problem are conducted by the sensitivity and uncertainty and the stochastic sampling methods.
Park, Jaechan;Song, Jungho;Ju, Minsu;Chung, Jinyoung;Jeon, Taehoon;Kang, Changwoo;Woo, Seung Min
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.20
no.2
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pp.171-183
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2022
The parent and daughter nuclides in a radioactive decay chain arrive at secular equilibrium once they have a large half-life difference. The characteristics of this equilibrium state can be used to estimate the production time of nuclear materials. In this study, a mathematical model and algorithm that can be applied to radio-chronometry using the radioactive equilibrium relationship were investigated, reviewed, and implemented. A Bateman equation that can analyze the decay of radioactive materials over time was used for the mathematical model. To obtain a differential-based solution of the Bateman equation, an algebraic numerical solution approach and two different matrix exponential functions (Moral and Levy) were implemented. The obtained result was compared with those of commonly used algorithms, such as the Chebyshev rational approximation method and WISE Uranium. The experimental analysis confirmed the similarity of the results. However, the Moral method led to an increasing calculation uncertainty once there was a branching decay, so this aspect must be improved. The time period corresponding to the production of nuclear materials or nuclear activity can be estimated using the proposed algorithm when uranium or its daughter nuclides are included in the target materials for nuclear forensics.
This paper introduces a new point depletion-based source term calculation code named BESNA (Bateman Equation Solver for Nuclear Applications), which is aimed to estimate nuclide inventories and source terms from spent nuclear fuels. The BESNA code employs a new modified CE/CM (Constant Extrapolation - Constant Midpoint) predictor-corrector scheme in depletion calculations for improving computational efficiency. In this modified CE/CM scheme, the decay components leading to the large norm of the depletion matrix are excluded in the corrector, and hence the corrector calculation involves only the reaction components, which can be efficiently solved with the Talyor Expansion Method (TEM). The numerical test shows that the new scheme substantially reduces computing time without loss of accuracy in comparison with the conventional scheme using CRAM (Chebyshev Rational Approximation Method), especially when the substep calculations are applied. The depletion calculation and source term estimation capability of BESNA are verified and validated through several problems, where results from BESNA are compared with those calculated by other codes as well as measured data. The analysis results show the computational efficiency of the new modified scheme and the reliability of BESNA in both isotopic predictions and source term estimations.
This study rigorously examined uncertainty in the TMI-1 benchmark within the Uncertainty Analysis in Modeling (UAM) benchmark suite using the STREAM/RAST-K two-step method. It presents two pivotal advancements in computational techniques: (1) Development of an uncertainty quantification (UQ) module and a specialized library for the pin-based pointwise energy slowing-down method (PSM), and (2) Application of Principal Component Analysis (PCA) for UQ. To evaluate the new computational framework, we conducted verification tests using SCALE 6.2.2. Results demonstrated that STREAM's performance closely matched SCALE 6.2.2, with a negligible uncertainty discrepancy of ±0.0078% in TMI-1 pin cell calculations. To assess the reliability of the PSM covariance library, we performed verification tests, comparing calculations with Calvik's two-term rational approximation (EQ 2-term) covariance library. These calculations included both pin-based and fuel assembly (FA-wise) computations, encompassing hot zero-power and hot full-power operational conditions. The uncertainties calculated using both the EQ 2-term and PSM resonance treatments were consistent, showing a deviation within ±0.054%. Additionally, the data compression process yielded compression ratios of 88.210% and 92.926% for on-the-fly and data-saving approaches, respectively, in TMI fuel assembly calculations. In summary, this study provides a comprehensive explanation of the PCA process used for UQ calculations and offers valuable insights into the robustness and reliability of newly developed computational methods, supported by rigorous verification tests.
One of the essential factors to estimate the stem and stand growth is to correctly portray a stem form (profile). It is also required to numerically approximate a stem form in order to dynamically grasp and represent a stand growth. A whole stem form seems to be a conical form but a stem outline at various positions tapers off differently. Accordingly it is difficult to model a whole stand form with single taper equation. A stem taper equation with different coefficients on each subinterval can be useful tools to accurately portray a stem form. This article presents the derivation method of individual stem taper curve using spline function. It is also in this paper aimed to study how a stand taper curve car, be derived from the population of single stem taper curve in a stand. These taper equations numerically formulated enable to dynamically represent and prognosticate the development process of a stand and prepare the foundation of variety on growth model study and rational forest planning model.
Urban Storm Sewer Optimal Design Model(USSOD) was developed to compute pipe capacity, pipe slope, crown elevation, excavation depth, risk and return cost in the condition of design discharge. Rational formula is adopted for design discharge and Manning's formula is used for pipe capacity. Discrete differential dynamic programming(DDDP) technique which is a kind of dynamic programming (DP) is used for optimization and first order second moment approximation method and uncertainty analysis is also for developing model. USSOD is applied to hypothetical drainage basin to test and verify. After testing the model, it is also applied to Ulsan drainage basin which was developed by Korea Land Cooperation(KOLAND). Comparing the design results of USSOD with those of KOLAND, discharge capacity 0.35 $m^3/sec$, the crown elevation is 0.77m higher and return cost is $9\%$ less than design results of KOLAND, which verify the improvement of USSOD. Layout design model using GIS and optimization including detention or retention effect are needed in the future study.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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1998.05a
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pp.153-204
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1998
Prediction of lining loads due to tunnelling is one of the major issues to be addressed in the design of a tunnel. The objective of this study is to investigate rational and realistic design loads on tunnel linings. factors influencing the lining load are summarized and discussed. The instruments for measuring the lining loads are reviewed and discussed because field measurements are often necessary to verify the design methods. Tunnel construction in the City of Edmonton has been very active for storm and sanitary purposes. Since the early 1970's, the city has also been developing an underground Light Rail Transit system. The load measurements obtained from these tunnels are compared with the results from the existing design methods. However, none of the existing methods are totally satisfactory, Therefore, there is some room for improvement in the prediction of lining loads. The convergence-confinement method is reviewed and applied to a case history of a tunnel in Edmonton. The convergence curves are obtained from 2-D finite element analyses using three different material models and theoretical equations. The limitation of the convergence-confinement method is discussed by comparing these curves with the field measurements. Three-dimensional finite element analyses are performed to gain a better understanding of stress and displacement behaviour near the tunnel face. An improved design method is proposed based on the review of existing design methods and the performance of numerical analyses. A specific method or combination of two different methods is suggested for the estimation of lining loads for different conditions of tunnelling. A method to determine the stress reduction factor is described. Typical values of dimensionless load factors nD/H for tunnels in Edmonton are obtained from parametric analyses. Finally, the loads calculated using the proposed method are compared with field measurements collected from various tunnels in terms of soil types and construction methods to verify the method. The proposed method gives a reasonable approximation of the lining loads. The proposed method is recommended as an approximate guideline for the design of tunnels, but the results should be confirmed by field measurements due to the uncertainties of the ground and lining properties and the construction procedures, This is the reason that in-situ monitoring should be an integral part of the design procedure.
This study purpose to develop simulation model of optimal design condition of urban storm sewer system considering risk. Urban Storm Sewer Optimal Design Model(USSOD) can compute pipe capacity, pipe slope, crown elevation, excavation depth, risk and return cost in the condition of design discharge. Rational formula is adopted for design discharge and Manning's formula is used for pipe capacity. Discrete differential dynamic programming(DDDP) technique which is a kind of dynamic programming(DP) is used for optimization and first order second moment approximation method and uncertainty analysis is also for developing model. USSOD is applied to hypothetical drainage basin to test and verify, which resulted economical and efficient design in urban drainage sewer system.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.33
no.1
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pp.98-108
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1996
In the reliability analysis of general structures, the limit state equations are implicit and cannot be described in closed form. Thus, sampling methods such as the Crude Monte-Carlo simulation, and probabilistic FEM are often used, but these methods are not so effective in view of computational cost, because a number of structural analysis are required and the derivatives must be calculated for probabilistic FEM. Alternatively the response surface approach, which approximates the limit state surface by using several results of structural analysis in the region adjacent to MPFP, could be applied effectively. In this paper, the central composite design, Bucher-Bourgund method and the approximation method using artificial neural network are studied for the calculation of probability of failure by the response surface method. Through the example comparisons, it is found that Bucher-Bourgund method is very effective and Neural network method for the reliability analysis is comparable with other methods. Specially, the central composite design method is found to be rational and useful in terms of mathematical consistency and accuracy.
Tahouneh, Vahid;Naei, Mohammad Hasan;Mashhadi, Mahmoud Mosavi
Steel and Composite Structures
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v.33
no.5
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pp.717-727
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2019
This paper is motivated by the lack of studies in the technical literature concerning to vibration analysis of a single-layered graphene sheet (SLGS) with corner cutout based on the nonlocal elasticity model framework of classical Kirchhoff thin plate. An isogeometric analysis (IGA) based upon non-uniform rational B-spline (NURBS) is employed for approximation of the L-shape SLGS deflection field. Trimming technique is employed to create the cutout in geometry of L-shape plate. The L-shape plate is assumed to be Free (F) in the straight edges of cutout while any arbitrary boundary conditions are applied to the other four straight edges including Simply supported (S), Clamped (C) and Free (F). The Numerical studies are carried out to express the influences of the nonlocal parameter, cutout dimensions, boundary conditions and mode numbers on the variations of the natural frequencies of SLGS. It is precisely shown that these parameters have considerable effects on the free vibration behavior of the system. In addition, numerical results are validated and compared with those achieved using other analysis, where an excellent agreement is found. The effectiveness and the accuracy of the present IGA approach have been demonstrated and it is shown that the IGA is efficient, robust and accurate in terms of nanoplate problems. This study serves as a benchmark for assessing the validity of numerical methods used to analyze the single-layered graphene sheet with corner cutout.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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