The necessity of accurate high-resolution meteorological forecasts becomes increasing in socio-economical applications and disaster risk management. The Korea Meteorological Administration Post-Processing (KMAPP) system has been operated to provide high-resolution meteorological forecasts of 100 m over the South Korea region. This study evaluates and improves the KMAPP performance in simulating wind speeds over complex terrain areas using the ICE-POP 2018 field campaign measurements. The mountainous measurements give a unique opportunity to evaluate the operational wind speed forecasts over the complex terrain area. The one-month wintertime forecasts revealed that the operational Local Data Assimilation and Prediction System (LDAPS) has systematic errors over the complex mountainous area, especially in deep valley areas, due to the orographic smoothing effect. The KMAPP reproduced the orographic height variation over the complex terrain area but failed to reduce the wind speed forecast errors of the LDAPS model. It even showed unreasonable values (~0.1 m s-1) for deep valley sites due to topographic overcorrection. The model's static parameters have been revised and applied to the KMAPP-Wind system, developed newly in this study, to represent the local topographic characteristics better over the region. Besides, sensitivity tests were conducted to investigate the effects of the model's physical correction methods. The KMAPP-Wind system showed better performance in predicting near-surface wind speed during the ICE-POP period than the original KMAPP version, reducing the forecast error by 21.2%. It suggests that a realistic representation of the topographic parameters is a prerequisite for the physical downscaling of near-ground wind speed over complex terrain areas.
With the development of spatial structures, the joints are becoming more and more complex to connect tubular members of spatial structures. In this study, an approach is proposed to establish high-efficiency finite element model of multiplanar KTX-joint with the weld geometries accurately simulated. Ultimate bearing capacity the KTX-joint is determined by the criterion of deformation limit and failure mechanism of chord wall buckling is studied. Size effect of fillet weld on the joint ultimate bearing capacity is preliminarily investigated. Based on the validated finite element model, a parametric study is performed to investigate the effects of geometric and loading parameters of KT-plane brace members on ultimate bearing capacity of the KTX-joint. The effect mechanism is revealed and several design suggestions are proposed. Several simple reinforcement methods are adopted to constrain the chord wall buckling. It is concluded that the finite element model established by proposed approach is capable of simulating static behaviors of multiplanar KTX-joint; chord wall buckling with large indentation is the typical failure mode of multiplanar KTX-joint, which also increases chord wall displacements in the axis directions of brace members in orthogonal plane; ultimate bearing capacity of the KTX-joint increases approximately linearly with the increase of fillet weld size within the allowed range; the effect mechanism of geometric and loading parameters are revealed by the assumption of restraint region and interaction between adjacent KT-plane brace members; relatively large diameter ratio, small overlapping ratio and small included angle are suggested for the KTX-joint to achieve larger ultimate bearing capacity; the adopted simple reinforcement methods can effectively constrain the chord wall buckling with the design of KTX-joint converted into design of uniplanar KT-joint.
Surface subsidence caused by mining subsidence has an impact on neighboring structures and utilities. In other words, subsurface voids created by mining or tunneling activities induce soil movement, exposing buildings to physical and/or functional destruction. Soil-structure is evaluated employing probability distribution laws to account for their uncertainty and complexity to estimate structural vulnerability. In this study, to investigate the displacement field and surface settlement profile caused by mining subsidence, on the basis of a Winklersoil model, analytical equations for the moment-rotation response ofsoil during mining induced ground movements are developed. To define the full static moment-rotation response, an equation for the uplift-yield state is constructed and integrated with equations for the uplift- and yield-only conditions. The constructed model's findings reveal that the inverse of the factor of safety (x) has a considerable influence on the moment-rotation curve. The maximal moment-rotation response of the footing is defined by X = 0:6. Despite the use of Winkler model, the computed moment-rotation response results derived from the literature were analyzed through the ELM-SVM hybrid of Extreme Learning Machine (ELM) and Support Vector Machine (SVM). Also, Monte Carlo simulations are used to apply continuous random parameters to assess the transmission of ground motions to structures. Following the findings of RMSE and R2, the results show that the choice of probabilistic laws of input parameters has a substantial impact on the outcome of analysis performed.
The paper aims at improving the understanding and mitigating the effects of tunnel fires that may breakout due to the burning fuel and/or explosion within the tunnel. This study particularly focuses on the behavior of the commonly used horse shoe geometry of tunnel systems. The problem has been obtained using an adequate well-established program incorporating the Lagrangian approach. A transient-thermo-coupled static structural analysis is carried out. The effects of radiation and convection to the outer walls of the tunnel is studied. The paper also presents the impact of the hazard on the structural integrity of the tunnel. A methodology is proposed to study the tunnel fire using a model which uses equivalent steel sheet to represent the presence of reinforcements to improve the computational efficiency with adequate validation. A parametric study has been carried out and the effect of suitable lining property for mitigating the fire hazard is arrived at. Detailed analysis is done for the threshold limits of the properties of the lining material to check if it is acceptable in all aspects for the integrity of the tunnel. The study may prove useful for developing insights for ensuring tunnel fire safety. To conduct such studies experimentally are tremendously costly but are required to gain confidence. But, scaled models, as well as loading and testing conditions, cannot be studied by many trials experimentally as the cost will shoot up sharply. In this context, the results obtained from such computational studies with a feasible variation of various combinations of parameters may act as a set of guidelines to freeze the adequate combination of various parameters to conduct one or two costly experiments for confidence building.
In this study, we assessed the effect of reduction of tumor volume in the head and neck cancer by using RANDO phantom in Static Intensity-Modulated Radiation Therapy (S-IMRT) and Volumetric-Modulated Arc Therapy (VMAT) planning. RANDO phantom's body and protruding volumes were delineated by using Contour menu of Eclipse™ (Varian Medical System, Inc., Version 15.6, USA) treatment planning system. Inner margins of 2 mm to 10 mm from protruding volumes of the reference were applied to generate the parameters of reduced volume. In addition, target volume and Organ at Risk (OAR) volumes were delineated. S-IMRT plan and VMAT plan were designed in reference. These plans were assigned in the reduced volumes and dose was calculated in reduced volumes using preset Monitor unit (MU). Dose Volume Histogram (DVH) was generated to evaluate treatment planning. Conformity Index (CI) and R2 in reference S-IMRT were 0.983 and 0.015, respectively. There was no significant relationship between CI and the reduced volume. Homogeneity Index (HI) and R2 were 0.092 and 0.960, respectively. The HI increased when volume reduced. In reference VMAT, CI and R2 were 0.992 and 0.259, respectively. There was no relationship between the volume reduction and CI. On the other hand, HI and R2 were 0.078 and 0.895, respectively. The value of HI increased when the volume reduced. There was significant difference (p<0.05) between parameters (Dmean and Dmax) of normal organs of S-IMRT and VMAT except brain stem. Volume reduction affected the CI, HI and OAR dose. In the future, additional studies are necessary to incorporate the reduction of the volume in the clinical setting.
In this paper, parametric study was carried out to design sandwich structures for EDM machines controlling stacking sequence, stacking thickness of composites and rib configuration. Sandwich structures which are dealt with in this paper are composed of fibre reinforced composite for skin material and foam or resin concrete for core materials. The sandwich column has cruciform rib to enhance bending stiffness of the structure and the bed has several vertical ribs to resist the normal forces and vibration. The design parameters such as rib thickness and stacking sequence were controlled to enhance the system robustness. Finite element analysis was also carried out to verify the variation of static and dynamic stiffness of the structures according to the variation of the parameters. Vibration tests were performed to verify the natural frequencies and damping ratios of the manufactured composite structures. The appropriate shape and configuration conditions for micro-EDM machine structures are proposed.
Kim, Sung Hyun;Mo, Sang Yeong;Kim, Si Hyun;Choi, Kyoung Kyu;Kang, Su Min
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.28
no.1
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pp.47-57
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2024
Recently, in newly constructed apartment buildings, the exterior wall structures have been characterized by thinness, having various openings, and a significantly low reinforcement ratio. In this study, a nonlinear finite element analysis was performed to investigate the crack damage characteristics of the exterior wall structure. The limited analysis models for a 10-story exterior wall were constructed based on the prototype apartment building, and nonlinear static analysis (push-over analysis) was performed. Based on the finite element (FE) analysis model, the parametric study was conducted to investigate the effects of various design parameters on the strength and crack width of the exterior walls. As the parameters, the vertical reinforcement ratio and horizontal reinforcement ratio of the wall, as well as the uniformly distributed longitudinal reinforcement ratio and shear reinforcement ratio of the connection beam, were addressed. The analysis results showed that the strength and deformation capacity of the prototype exterior walls were limited by the failure of the connection beam prior to the flexural yielding of the walls. Thus, the increase of wall reinforcement limitedly affected the failure modes, peak strengths, and crack damages. On the other hand, when the reinforcement ratio of the connection beams was increased, the peak strength was increased due to the increase in the load-carrying capacity of the connection beams. Further, the crack damage index decreased as the reinforcement ratio of the connection beam increased. In particular, it was more effective to increase the uniformly distributed longitudinal reinforcement ratio in the connection beams to decrease the crack damage of the coupling beams, regardless of the type of the prototype exterior walls.
Wheel load, design velocity, traffic amount (MGT), stiffness and thickness of sub-layers of asphalt concrete track are selected as performance design parameters in this study. A pseudo-static wheel load computed considering the dynamic amplification factor (DAF) based on the design velocity of the KTX was applied to the top of asphalt concrete track for full three dimensional structural analysis using the ABAQUS program. Tensile strains at the bottom of the asphalt concrete layer and vertical strains at the top of the subgrade were computed from the structural FEA with different combinations of performance parameter values for one asphalt concrete track section. Utilizing the computed structural analysis results such as the tensile strains and the vertical strains, it was possible to develop design graphs to investigate proper track sections for different combination of the performance parameters including wheel load, design velocity, traffic amount(MGT), stiffness and thickness of asphalt concrete layers for any given design life. By analyzing the proposed design graphs for asphalt concrete track, it was possible to propose simple design tables that can be used by engineers for the effective and fast design of track.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.18
no.2
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pp.64-73
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2014
This study proposes a load identification for the safety monitoring of the steel structure based on measured strain data. Instead of parameterizing the stiffness of structure in the existing system identification researches, the loads on a structure and a matrix (the unit strain matrix) defined by the relationship between strain and load on structure are parameterized in this study. The error function is defined by the difference between measured strain and strain estimated by parameters. In order to minimize this error function, the genetic algorithm which is one of the optimization algorithm is applied and the parameters are found. The loads on the structure can be identified through the founded parameters and measured strain data. When the loads are changed, the unmeasured strains are estimated based on founded parameters and measured strains on changed state of structure. To verify the load identification algorithm in this paper, the static experimental test for 3 dimensional steel frame structure was implemented and the loads were exactly identified through the measured strain data. In case of loading changes, the unmeasured strains which are monitoring targets on the structure were estimated in acceptable error range (0.17~3.13%). It is expected that the identification method in this study is applied to the safety monitoring of steel structures more practically.
Structural identification via modal analysis in structural mechanics is gaining popularity in recent years, despite conceptual difficulties connected with its use. This paper is devoted to illustrate both the capabilities and the indeterminacy characterizing structural identification problems even in quite simple instances, as well as the cautions that should be accordingly adopted. In particular, we discuss an application of an identification technique of variational type, based on the measurement of eigenfrequencies and mode shapes, to a steel frame with friction joints under various assembling conditions. Experience has suggested, so as to restrict the indeterminacy frequently affecting identification issues, having resort to all the a priori acknowledged information on the system, to the symmetry and presence of structural elements with equal stiffness, to mention one example, and mindfully selecting the parameters to be identified. In addition, considering that the identification techniques have a local character and correspond to the updating of a preliminary model of the structure, it is important that the analytical model on the first attempt should be adequately accurate. Secondly, it has proved determinant to cross the results of the dynamic identification with tests of other typology, for instance, static tests, so as to fully understand the structural behavior and avoid the indeterminacy due to the nonuniqueness of the inverse problem.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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