The concrete structures related to nuclear safety are threatened by accidental impact loadings, mainly including the low-velocity drop-weight impact (e.g., spent fuel cask and assembly, etc. with the velocity less than 20 m/s) and high-speed projectile impact (e.g., steel pipe, valve, turbine bucket, etc. with the velocity higher than 20 m/s), while the existing studies are still limited in the impact resistant design of nuclear power plant (NPP), especially the primary RC slab. This paper aims to propose the numerical simulation and theoretical approaches to assist the impact-resistant design of RC slab in NPP. Firstly, the continuous surface cap (CSC) model parameters for concrete with the compressive strength of 20-70 MPa are fully calibrated and verified, and the refined numerical simulation approach is proposed. Secondly, the two-degree freedom (TDOF) model with considering the mutual effect of flexural and shear resistance of RC slab are developed. Furthermore, based on the low-velocity drop hammer tests and high-speed soft/hard projectile impact tests on RC slabs, the adopted numerical simulation and TDOF model approaches are fully validated by the flexural and punching shear damage, deflection, and impact force time-histories of RC slabs. Finally, as for the two low-velocity impact scenarios, the design procedure of RC slab based on TDOF model is validated and recommended. Meanwhile, as for the four actual high-speed impact scenarios, the impact-resistant design specification in Chinese code NB/T 20012-2019 is evaluated, the over conservation of which is found, and the proposed numerical approach is recommended. The present work could beneficially guide the impact-resistant design and safety assessment of NPPs against the accidental impact loadings.
Joshi, Digesh D.;Patel, Paresh V.;Rangwala, Husain M.;Patoliya, Bhautik G.
Advances in concrete construction
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v.9
no.3
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pp.235-248
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2020
Progressive collapse in a structure occurs when load bearing members are failed and the adjoining structural elements cannot resist the redistributed forces and fails subsequently, that leads to complete collapse of structure. Recently, construction using precast concrete technology is adopted increasingly because it offers many advantages like faster construction, less requirement of skilled labours at site, reduced formwork and scaffolding, massive production with reduced amount of construction waste, better quality and better surface finishing as compared to conventional reinforced concrete construction. Connections are the critical elements for any precast structure, because in past, major collapse of precast structure took place because of connection failure. In this study, behavior of four different precast wet connections with U shaped reinforcement bars provided at different locations is evaluated. Reduced 1/3rd scale precast beam column assemblies having two span beam and three columns with removed middle column are constructed and examined by performing experiments. The response of precast connections is compared with monolithic connection, under column removal scenario. The connection region of test specimens are filled by cast-in-place micro concrete with and without polypropylene fibers. Performance of specimen is evaluated on the basis of ultimate load carrying capacity, maximum deflection at the location of removed middle column, crack formation and failure propagation. Further, Finite element (FE) analysis is carried out for validation of experimental studies and understanding the performance of structural components. Monolithic and precast beam column assemblies are modeled using non-linear Finite Element (FE) analysis based software ABAQUS. Actual experimental conditions are simulated using appropriate boundary and loading conditions. Finite Element simulation results in terms of load versus deflection are compared with that of experimental study. The nonlinear FE analysis results shows good agreement with experimental results.
Engineered Cementitious Composite (ECC) is a special class of the new generation of high performance fiber reinforced cementitious composites (HPFRCC) featuring high ductility with relatively low fiber content. In this research, the mechanical performance of ECC beams will be investigated with respect to the effect of slag and aggregate size and amount, by employing nonlinear finite element method. The validity of the models was verified with the experimental results of the ECC beams under monotonic loading. Based on the numerical analysis method, nonlinear parametric study was then conducted to evaluate the influence of the ECC aggregate content (AC), ECC compressive strength ($f_{ECC}$), maximum aggregate size ($D_{max}$) and slag amount (${\phi}$) parameters on the flexural stress, deflection, load and strain of ECC beams. The simulation results indicated that when increase the slag and aggregate size and content no definite trend in flexural strength is observed and the ductility of ECC is negatively influenced by the increase of slag and aggregate size and content. Also, the ECC beams revealed enhancement in terms of flexural stress, strain, and midspan deflection when compared with the reference beam (microsilica MSC), where, the average improvement percentage of the specimens were 61.55%, 725%, and 879%, respectively. These results are quite similar to that of the experimental results, which provides that the finite element model is in accordance with the desirable flexural behaviour of the ECC beams. Furthermore, the proposed models can be used to predict the flexural behaviour of ECC beams with great accuracy.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.17
no.12
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pp.209-216
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2000
The lateral behavior of the moving web is critical to the quality of the web products. The alignment of the rollers carrying the web is found to be one of important factors to the lateral behavior of the moving web. But, the study on the effect of the tilting roller in the direction of the normal to the moving web on the lateral behavior has not been reported in the literature yet. For example, the contact roller often contacts the winding roll in a tilted fashion and causes the lateral motion of the winding web, which induces the offset on the wound roll. The lateral dynamics of the moving web induced by a tilted roller in normal direction of a web is investigated in this paper. The two-dimensional dynamic model developed by Shelton is extended to investigate the effect of a titled roller in a normal direction of the moving web on the lateral motion of the moving web. New boundary conditions are developed to solve the extended model. Computer simulation study proved that the model developed can be used to predict the lateral motion of the moving web ? to a tilted roller in normal direction of the moving web. The lateral deflection is increased exponentially a the tilting angle is increased. As the length of web span is increased, the amount of lateral deflection was increased almost linearly for the same tilting angle. The lateral dynamics turned out to be almost independent to the operating tension. The model developed can be used to solve the offset problem of the staggered winding and also to design a new web guiding mechanism.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.3
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pp.666-672
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2017
Our research team is developing a 6-DOF manipulator for narrow workspaces in press forming processes, such as placing PEM nuts on the bottom of a chassis. In this paper, kinematic analysis was performed for the position control of the manipulator, along with structural analyses for position accuracy with different payloads. First, the Denavit-Hatenberg (DH) parameters are defined, and then the forward and backward kinematic equations are presented using the DH parameters. The kinematic model was verified by visual simulation using Coppelia Robotics' virtual robot experimentation platform (V-REP). Position accuracy analysis was performed through structural analyses of deflection due to self-weight and deflection under full payload (5 kgf) in fully opened and fully folded states. The maximum generated stress was 22.05 MPa in the link connecting axes 2 and 3, which was confirmed to be structurally safe when considering the materials of the parts.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.39
no.6
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pp.481-486
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2011
The evaluation of supercooled water droplet impingement characteristics of full-scale aircraft components in wind tunnels under icing conditions has been severely limited by the relative size of the component and the test facility. The concept of truncated airfoil sections has been suggested in order to extend the operational range of icing tunnels. With proper deflection of the small trailing-edge flap on the truncated airfoil the local pressure distribution may remain very close to that of the full-scale airfoil. In this study the shape of a truncated flapped airfoil is investigated for various deflection angles. To validate the truncated flapped airfoils, air flow and collection efficiency over the truncated airfoil are compared with the results of the full-scale airfoil obtained from the state-of-the-art icing simulation code.
Kim, Cheolgyu;Choi, Hyeseon;Kim, Minsung;Kim, Taek-Soo
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.20
no.1
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pp.21-26
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2013
This study presents new analysis method to predict bending behavior of packaging substrate structure by comparing finite element method simulation and measured curvature using 3D scanner. Packaging substrate is easily bent and deflected while undergoing various processes such as curing of prepreg and copper pattern plating. We prepare specimens with various conditions and measure contours of each specimen and compute the residual stresses on deposited films using analytical solution to find the principle of bending. Core and prepreg in packaging substrate are made up of resin and bundles of fiber which exist orthogonally each other. Anisotropic material properties cause peculiar bending behavior of packaging substrate. We simulate the bending deflection with finite element method and verify the simulated deflection with measured data. The plating stress of electrodeposited copper is about 58 MPa. The curing stresses of solder resist and prepreg are about 13 MPa and 6.4 MPa respectively in room temperature.
Acharya, Raju;Han, Jie;Parsons, Robert L.;Brennan, James J.
Geomechanics and Engineering
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v.11
no.5
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pp.625-638
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2016
This paper presents field study and numerical modeling results for a single-cell low-fill concrete box culvert under a flexible pavement subjected to traffic loading. The culvert in the field test was instrumented with displacement transducers to capture the deformations resulting from different combinations of static and traffic loads. A low-boy truck with a known axle configuration and loads was used to apply seven static load combinations and traffic loads at different speeds. Deflections under the culvert roof were measured during loading. Soil and pavement samples were obtained by drilling operation on the test site. The properties of the soil and pavement layers were determined in the laboratory. A 3-D numerical model of the culvert was developed using a finite difference program FLAC3D. Linear elastic models were used for the pavement layers and soil. The numerical results with the material properties determined in the laboratory were compared with the field test results. The observed deflections in the field test were generally smaller under moving loads than static loads. The maximum deflections measured during the static and traffic loads were 0.6 mm and 0.41 mm respectively. The deflections computed by the numerical method were in good agreement with those observed in the field test. The deflection profiles obtained from the field test and the numerical simulation suggest that the traffic load acted more like a concentrated load distributed over a limited area on the culvert. Elastic models for culverts, pavement layers, and surrounding soil are appropriate for numerical modeling of box culverts under loading for load rating purposes.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.15
no.3
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pp.1-9
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2011
The purpose of this study is to examine the dynamic characteristics of low, medium and high speed Maglev trains and guideways through dynamic interaction analysis. The coupled dynamic equations of motion for a vehicle of 10-dof and the associated guideway girders are developed by superposing vibration modes of the girder itself. The controller used in the UTM-01 Maglev vehicle is adopted to control the air gap between the bogie and guideway in this study. The effect of roughness, the guideway deflection-ratio and vehicle speed on the dynamic response of the maglev vehicle and guideway are then investigated using the 4th Runge-Kutta method. From the numerical simulation, it is found that the air gap increases with an increase of vehicle speed and the roughness condition. In particular, the dynamic magnification factor of the guideway girder is small at low and medium speeds, but the factor is noticeable at super-high speeds.
Most plastics products are being produced by injection molding process. However, mold shrinkage is inevitable in injection molding process and it deteriorates dimensional quality through deflections and warpages. Mold shrinkage depends upon the material property of resin as well as injection molding condition. In this study, material property of resin has been predicted for glass fiber reinforced polycarbonate to control the warpage, and computer simulation of injection molding has been performed using predicted property. It was observed that the deflection of part decreased by the glass fiber reinforced resin. In order to verify the validity of this method and confidence of results, experiments of injection molding were performed. The results of experiments and computer simulations showed good agreement in their tendency of deflections. Consequently, it was concluded that the method of designing the material property of resin conducted in this study can be utilized to control the dimensional accuracy of injection molded products.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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