Kim, Ji-Soo;Lee, Jae-Young;Seo, Yong-Seok;Ju, Hyeon-Tae
The Journal of Engineering Geology
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v.23
no.4
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pp.457-465
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2013
We integrated and correlated datasets from surface and subsurface geophysics, drilling cores, and engineering geology to identify geological interfaces and characterize the joints and fracture zones within the rock mass. The regional geometry of a geologically weak zone was investigated via a fence projection of electrical resistivity data and a borehole image-processing system. Subsurface discontinuities and intensive fracture zones within the rock mass are delineated by cross-hole seismic tomography and analyses of dip directions in rose diagrams. The dynamic elastic modulus is studied in terms of the P-wave velocity and Poisson's ratio. Subsurface discontinuities, which are conventionally identified using the N value and from core samples, can now be identified from anomalous reflection coefficients (i.e., acoustic impedance contrast) calculated using a pair of well logs, comprising seismic velocity from suspension-PS logging and density from logging. Intensive fracture zones identified in the synthetic seismogram are matched to core loss zones in the drilling core data and to a high concentration of joints in the borehole imaging system. The upper boundaries of fracture zones are correlated to strongly negative amplitude in the synthetic trace, which is constructed by convolution of the optimal Ricker wavelet with a reflection coefficient. The standard deviations of dynamic elastic moduli are higher for fracture zones than for acompact rock mass, due to the wide range of velocities resulting from the large numbers of joints and fractures within the zone.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.12
no.3
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pp.139-148
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2000
In this paper, the interaction of oblique incident waves with a bottom-mounted and fluid-filled flexible membrane structure is investigated in the frame of linear hydro-elastic theory. The static shape of a membrane structure containing the fluid of a specific density is initially unknown and must be calculated before the hydrodynamic analysis. To solve hydrodynamic problem, the fluid domain is divided into the inner and outer region. The inner solution based on discrete membrane dynamic model and simple-source distribution over the entire fluid boundaries is matched to the outer solution ba~ed on an eigenfunction expansion method. The numerical results were compared to a series of Ohyama's experimental results. The measured reflection and tran¬smission coefficients reasonably follow the trend of predicted values. Using the computer program developed, the performance of a bottom-mounted and fluid-filled flexible membrane strocture is tested with various system parameters (membrane shape, internal pressure, density ratio) and wave characteristics (wave frequencies, incident wave angle). It is found that a bottom-mounted and fluid-filled flexible membrane structure can be an effel;tive wave barrier if properly designed.
Seismic modeling is used to simulate wave propagation in the earth. Although the earth's subsurface is usually semi-infinite, we cannot handle the semi-infinite model in seismic modeling because of limited computational resources. For this reason, we usually assume a finite-sized model in seismic modeling. In that case, we need to eliminate the edge reflections arising from the artificial boundaries introducing a proper boundary condition. In this study, we changed three kinds of boundary conditions (sponge boundary condition, Clayton and Engquist's absorbing boundary condition, and Higdon's transparent boundary condition) so that they can be applied in elastic wave modeling for anisotropic media. We then apply them to several models whose Poisson's ratios are different. Clayton and Engquist's absorbing boundary condition is unstable in both isotropic and anisotropic media, when Poisson's ratio is large. This indicates that the absorbing boundary condition can be applied in anisotropic media restrictively. Although the sponge boundary condition yields good results for both isotropic and anisotropic media, it requires too much computational memory and time. On the other hand, Higdon's transparent boundary condition is not only inexpensive, but also reduce reflections over a wide range of incident angles. We think that Higdon's transparent boundary condition can be a method of choice for anisotropic media, where Poisson's ratio is large.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.31
no.1
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pp.32-36
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2021
This study was investigated in carbon diffusion behavior of laser-carburized TiZrN coating layer and the changes of mechanical properties. The carbon paste was deposited on TiZrN coatings, and the laser was irradiated to carburize into the coatings. The XRD peak corresponding to the (111) plane shifted to a lower angle after the carburization, showing the lattice expansion by doped carbon. The decreased grain size implied the compression by the grain boundary diffusion of carbon. The XPS spectra for the bonding states of carbon was analyzed that carbon was substitute to nitrogen atoms in TiZrN, as carbide, through the thermal energy of laser. In addition, the combination of sp2 and sp3 hybridized bonds represented the formation of an amorphous carbon. The cross-sectional TEM image and the inverse FFT of the TiZrN coating after carburizing were observed as the wavy shape, confirming the amorphous phase located in grain boundaries. After the carburization, the hardness increased from 34.57 GPa to 38.24 GPa, and the friction coefficient decreased by 83 %. In particular, the ratio of hardness and elastic modulus (H/E) which is used as an index of the elastic recovery, increased from 0.11 to 0.15 and the wear rate improved by 65 %.
Damage by high-speed impact fracture is a dominant mode of failure in several applications of concrete structures. Numerical modelling can play a crucial role in understanding and predicting complex fracture processes. The commonly used mesh-based Finite Element Method has difficulties in accurately modelling the high deformation and disintegration associated with fracture, as this often distorts the mesh. Even with careful re-meshing FEM often fails to handle extreme deformations and results in poor accuracy. Moreover, simulating the mechanism of fragmentation requires detachment of elements along their boundaries, and this needs a fine mesh to allow the natural propagation of damage/cracks. Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) is an alternative particle based (mesh-less) Lagrangian method that is particularly suitable for analysing fracture because of its capability to model large deformation and to track free surfaces generated due to fracturing. Here we demonstrate the capabilities of SPH for predicting brittle fracture by studying a slender concrete structure (column) under the impact of a high-speed projectile. To explore the effect of the projectile material behaviour on the fracture process, the projectile is assumed to be either perfectly-elastic or elastoplastic in two separate cases. The transient stress field and the resulting evolution of damage under impact are investigated. The nature of the collision and the constitutive behaviour are found to considerably affect the fracture process for the structure including the crack propagation rates, and the size and motion of the fragments. The progress of fracture is tracked by measuring the average damage level of the structure and the extent of energy dissipation, which depend strongly on the type of collision. The effect of fracture property (failure strain) of the concrete due to its various compositions is found to have a profound effect on the damage and fragmentation pattern of the structure.
As the construction of nuclear power plants are increased, nuclear wastes disposal has been faced as a serious problem. If nuclear wastes are to be buried in the underground stratum, thermo-mechanical behavior of stratum must be analyzed, because high temperature distribution has a significant effect on tunnel and surrounding stratum. In this study, in order to analyze the structural behavior of the underground which is subject to concentrated heat sources, a coupling method of nonlinear finite elements and linear boundary elements is proposed. The nonlinear finite elements (NFE) are applied in the vicinity of nuclear depository where thermo-mechanical stress is concentrated. The boundary elements are also used in infinite domain where linear behavior is expected. Using the similar method as for the problem in mechanical field, the coupled nonlinear finite element-boundary element (NFEBE) is developed. It is found that NFEBE method is more efficient than NFE which considers nonlinearity in the whole domain for the nuclear wastes depository that is expected to exhibit local nonlinearity behavior. The effect of coefficients of the rock mass such as Poisson's ratio, elastic modulus, thermal diffusivity and thermal expansion coefficient is investigated through the developed method. As a result, it is revealed that the displacements around tunnel are largely dependent on the thermal expansion coefficients.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.41
no.6
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pp.91-101
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2004
For the grillage which is common types of structures in marine and land-based structural system, the elastic response and design methods are usually applied. However, plastic analysis and design methods are considered Tn those structures to maintain the structural stability at the limit states. In grillage design, the central intersection point load may be used as a worst loading condition. However, a point load may often move around on the grid system. in such case, the worst load point would not necessarily be at the central point. To investigate the variation of plastic collapse load according to the location of moving load between intersections, the plastic collapse loads are obtained for the three types of grillages with simply-supported ends. From the result of each case, it is confirmed that the worst load point is located between intersections. General formulae related with plastic collapse loads for the three groups of grillages with simply-supported boundaries are derived. Those plastic collapse formulae for the grillages are applied to the design of pontoon deck, and optimum design procedure is illustrated. Consequently, general formulae for the plastic collapse of grillages derived from this study can be easily applied to the plastic analysis and optimum design of similar grillages.
Rigid body spring method (RBSM) is an effective tool to simulate the cracking process of structures, and has been successfully applied to investigate the behavior of reinforced concrete (RC) members. However, the theoretical researches and engineering applications of this method mainly focus on two-dimensional problems as yet, which greatly limits its applications in actual engineering projects. In this study, a three-dimensional (3-D) RBSM for RC structures is proposed. In the proposed model, concrete, reinforcing steels, and their interfaces are represented as discrete entities. Concrete is partitioned into a collection of rigid blocks and a uniform distribution of normal and tangential springs is defined along their boundaries to reflect its material properties. Reinforcement is modeled as a series of bar elements which can be freely positioned in the structural domain and irrespective of the mesh geometry of concrete. The bond-slip characteristics between reinforcing steel and concrete are also considered by introducing special linkage elements. The applicability and effectiveness of the proposed method is firstly confirmed by an elastic T-shape beam, and then it is applied to analyze the failure processes of a Z-type component under direct shear loading and a RC beam under two-point loading.
The puppose of this study is to propose the numerical modelling criteria for underground opening, rock mass continuum is regarded as homogeneous rock behaved linear elastic. The results of this study are summarized as follows: - Boundaries of the finite element mesh should be located at least 6 radii away from the center of the opening. - For circular openings, tension only developed when $K_0$ was less than one-fourAs the ratio of initial horiwntal to vertical stress increased, the inward springline movement increased and the inward crown movement decreased. - The displacement patterns developing for opening I shaped horse-shoe and opening II shaped powerstation are similar to those for circular openings. For both type opening I and opening II, stress concentrations develop at the intersection of the wall and floor. Greater stress concentrations are found for the type opening II.
As a major type of heat exchanger, the steam generator (SG) produces steam from heat energy of a nuclear power plant reactor. The steam produced by the steam generator flows into a turbine, and plays an important role in electric power generation. The heat transfer tubes in the steam generator consist of approximately 10,000 U-shaped tubes, which perform a structural role and act as thermal boundaries. The heat transfer tubes conduct the thermal energy between the primary coolant (about $320^{\circ}C$, $157kgf/cm^2$) obtained from the reactor and the secondary coolant (about $260^{\circ}C$, $60kgf/cm^2$) as part of the secondary system. Recently, the heat transfer tubes in the steam generator of the pressurized water reactor (PWR) are primarily produced from Alloy 600 and Alloy 690 seamless tubes. As a pilot study to find process parameters for the cold U-bending process using rotary draw bending, numerical and experimental investigations were conducted to produce U-shaped tubes from long straight SUS304L seamless tubes. 3D finite element simulations were run using ABAQUS Explicit with consideration of the elastic recovery. The process parameters studied were the angular speed, the operation period and the bending angle. Experimental verifications were conducted to insure the suitability of the final U-shaped configurations with respect to both ovality and wall thickness.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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