Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.33
no.8
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pp.826-831
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2009
The piping systems in nuclear power plant are composed of various typed pipes such as straight, elbow pipe, branch and reducer etc. The elbow is connected from straight pipe to another pipes in order to establish the complicated piping system. Elbow is one of very important components considering management of wall thinning degradation. It is however applied by various loads such as system pressure, earthquake, postulated break loading and many transient loads, which provoke simply the internal pressure, bending and torsional stress. In this study, firstly pipes in the secondary system of the nuclear power plant are classified as pipe size and type for selecting the investigating range. Next, a large number of finite element analysis considering the all typed dimensions of commercial pipe has been performed to find out the behavior of TES(twice elastic slop) plastic load of elbows, which is based on evaluation of the structural safety factor. Finally performance based structural safety factor was investigated comparing with maximum allowable load by construction code.
One of the major factors affecting the life span of a Reactor Pressure Vessel (RPV) is the Pressurised Thermal Shock (PTS). PTS is a thermo-mechanical load on the RPV wall due to steep temperature gradients and structural load created by internal pressure of the fluid within the RPV. Safe operating life of a nuclear power plant is ensured by carrying out fracture analysis of the RPV against thermal shock. Carrying out fracture tests on RPV/large scale components is not always feasible. Hence, studies on laboratory level specimens are necessary to validate and supplement the prototype results. This paper aims to study the fracture behaviour of standard Compact Tension [C(T)] specimens, made of RPV steel 20MnMoNi55, subjected to thermal shock through experimental and numerical investigations. Fracture tests have been carried out on the C(T) specimens subjected to thermal transient load and tensile load to quantify the effect of thermal shock. Crack resistance curves are obtained from the fracture tests as per ASTM E1820 and compared with those obtained numerically using XFEM and a good agreement was found. A quantitative study on the crack tip plastic zone, computed using cohesive segment approach, from the numerical analyses justified the experimental crack initiation toughness.
Darwish, Feras H.;Al-Nimr, Mohammad A.;Hatamleh, Mohammad I.
Structural Engineering and Mechanics
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v.53
no.4
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pp.645-659
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2015
This research investigates the thermoelastic transient behavior of a thermally loaded slab made of a thermal diode-like material which has two directional thermal conductivity values (low and high). Finite difference analysis is used to obtain the elastic response of the slab based on the temperature solutions. It is found that the rate of heat transfer through the thickness of the slab decreases with reducing the ratio between the low and high thermal conductivity values (R). In addition, reducing R makes the slab less responsive to the thermal load when heated from the direction associated with the low thermal conductivity value.
The gas diffusion layer is the key component of the proton exchange membrane fuel cell because it directly affect to the mass transport mechanism and dynamic behavior of the cell. In this study, the effects of GDL aging on the transient response of the PEM fuel cell is systematically investigated using current step transient response analysis under different stoichiometric ratios and humidity conditions. With GDLs aged by the accelerated stress test, the effects of hydrophobicity and structural changes due to carbon loss in the GDL on the transient response of PEM fuel cells are determined. The degraded GDLs that had uneven hydrophobicity distributions cause local water flooding inside the GDL and induce lower and unstable voltage responses after load changes.
Non-stationary extreme winds such as thunderstorm downbursts are responsible for many structural damages. This research presents a time domain approach for estimating along-wind load effects on tall buildings using multiple wind speed time history samples, which are simulated from evolutionary power spectra density (EPSD) functions of non-stationary wind fluctuations using the method developed by the authors' earlier research. The influence of transient wind loads on various responses including time-varying mean, root-mean-square value and peak factor is also studied. Furthermore, a simplified model is proposed to describe the non-stationary wind fluctuation as a uniformly modulated process with a modulation function following the time-varying mean. Finally, the probabilistic extreme response and peak factor are quantified based on the up-crossing theory of non-stationary process. As compared to the time domain response analysis using limited samples of wind record, usually one sample, the analysis using multiple samples presented in this study will provide more statistical information of responses. The time domain simulation also facilitates consideration of nonlinearities of structural and wind load characteristics over previous frequency domain analysis.
This paper examines a methodology for computing the probability of structural failure of reinforced concrete beams subjected to fire. The significant load variables considered are dead load, sustained live load and fire temperature. Resistance is expressed in terms of moment capacity with random variables taken as yield strength of steel, concrete class (or grade of concrete), beam width and depth. The flexural capacity is determined based on the design equations recommended in Indian standard IS456:2000. Simplified method named $500^{\circ}C$ isotherm method detailed in Eurocode 2 is incorporated for fire design. A transient thermal analysis is conducted using finite element software ANSYS$^{(R)}$ Release15. Reliability is evaluated from the initial state to 4h of fire exposure based on the first order reliability method (FORM). A procedure is coded in MATLAB for finding the reliability index. This procedure is validated with available literature. The effect of various parameters like effective cover, yield strength of steel, grade of concrete, distribution of reinforcement bars and aggregate type on reliability indices are studied. Parameters like effective cover of concrete, yield strength of steel has a significant effect on reliability of beams. Different failure modes like limit state of flexure and limit state of shear are checked.
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.16
no.4
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pp.26-34
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2008
This article provides a comprehensive treatment of cracks in non-homogeneous structural materials such as functionally graded materials (FGMs). It is assumed that the material properties depend only on the coordinate perpendicular to the crack surfaces and vary continuously along the crack faces. By using laminated composite plate model to simulate the material non-homogeneity, we present an algorithm for solving the system based on Laplace transform and Fourier transform techniques. Unlike earlier studies that considered certain assumed property distributions and a single crack problem, the current investigation studies multiple crack problem in the FGMs with arbitrarily varying material properties. As a numerical illustration, transient thermal flow intensity factors for a metal-ceramic joint specimen with a functionally graded interlayer subjected to sudden heating on its boundary are presented. The results obtained demonstrate that the present model is an efficient tool in the fracture analysis of non-homogeneous material with properties varying in the thickness direction.
Transient and quasi-steady-state vertical vibrations of a multi-span beam steel bridge located on a single-track railway line are considered, induced by a superfast passenger train, moving at speed 120-360 km/h. Matrix dynamic equations of motion of a simplified model of the system are formulated partly in the implicit form. A recurrent-iterative algorithm for solving these equations is presented. Excessive vibrations of the system in the resonant zones are reduced effectively with passive dynamic absorbers, tuned to the first mode of a single bridge span. The dynamic analysis has been performed for a series of types of bridges with span lengths of 10 to 30 m, and with parameters closed to multi-span beam railway bridges erected in the second half of the $20^{th}$ century.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2008.03a
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pp.810-812
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2008
Previously study on structural design of the main wing of the twenty-seat class WIG(Wing in Ground Effect) craft. In the final design, three spars construction was selected for safety in the critical flight load, and the Carbon-Epoxy material was selected for lightness and structural stability. In this study, the forced vibration analysis was performed on the composite main wing structure of the twenty-seat class WIG craft with two-stroke pusher type reciprocating engine. The vibration analysis based on the finite element method was performed using a commercial FEM code, MSC/NASTRAN. Excitations for the frequency response analysis were assumed as the H-mode(horizontal mode), the V-mode(vertical mode) and the X-mode(twisted mode) which are typical main vibration modes of engine. And excitations for the transient response analysis were assumed as the L-mode(longitudinal mode) with the oscillating propeller thrust which occurs in operation. According to the result of forced vibration analysis, structural design was modified to reduce the vibrations.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.26
no.2
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pp.165-171
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2013
Due to the difficulty in considering dynamic load in the view point of a computer resource and computing time, it is common that external load is assumed as ideal static loads. However, structural analysis under static load cannot guarantee the safety of design of the structures under dynamic loadings. Recently, the systematic method to construct equivalent static load from the given dynamic load has been proposed. Previous study has calculated equivalent static load through the optimization procedure under displacement constraints. However, previously reported works to distribute equivalent static load were based on ad-hoc methods. Improper selection of equivalent static loading positions may results in unreliable prediction of structural design. The present study proposes the selection method of the proper locations of equivalent static loads to dynamically applied loads when we consider transient dynamic structural problems. Moreover, it is appropriate to take into account the stress constraint as well as displacement constraint condition for the safety design. But the previously reported studies of equivalent static load design methods considered only displacement constraint conditions but not stress constraint conditions. In the present study we consider not only displacement constraint but also stress constraint conditions. Through a few numerical examples, the efficiency and reliability of proposed scheme is verified by comparison of the equivalent stress between equivalent static loading and dynamic loading.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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