In coastal regions, it is common to witness significant damages on low-rise buildings caused by hurricanes and other extreme wind events. These damages start at high pressure zones or weak building components, and then cascade to other building parts. The state-of-the-art in experimental and numerical aerodynamic load evaluation is to assume buildings with intact envelopes where wind acts only on the external walls and correct for internal pressure through separate aerodynamic studies. This approach fails to explain the effect of openings on (i) the external pressure, (ii) internal partition walls; and (iii) the load sharing between internal and external walls. During extreme events, non-structural components (e.g., windows, doors or rooftiles) could fail allowing the wind flow to enter the building, which can subject the internal walls to lateral loads that potentially can exceed their load capacities. Internal walls are typically designed for lower capacities compared to external walls. In the present work, an anticipated damage development scenario is modelled for a four-story building with a stepped gable roof. LES is used to examine the change in the internal and external wind flows for different level of assumed damages (starting from an intact building up to a case with failure in most windows and doors are observed). This study demonstrates that damages in non-structural components can increase the wind risk on the structural elements due to changes in the loading patterns. It also highlights the load sharing mechanisms in low rise buildings.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.35
no.10
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pp.171-180
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2019
In Korea, the seismic design of non-structural elements was interested by Earthquake of the 2016 Gyeong-ju and 2017 Po-hang. Among the non-structural elements, the ceiling system with steel panel used in Po-hang station showed failure examples of non-seismic design ceiling. In this study, the seismic performance of suspended ceiling with steel-panel, such as those used in Po-hang Station, was evaluated by shaking table tests. The shaking table tests were performed in accordance with the ICC-ES AC156 standard with floor acceleration being applied horizontally in one direction using a $3.3{\times}3.3m^2$ frame. The ceiling system consists of steel-panels, carrying channels, main and cross T-bars, and anti-falling clips. The anti-falling clip prevents the steel panel falling completely. The shaking table test confirmed that the damage at the previous stage had a direct impact on the damage state at the next stage. Through the shaking table test, the damage state of the T-bar type steel-panel suspended ceiling system was defined.
Previous earthquakes show that, structural safety evaluations should include the evaluation of nonstructural components. Failure of nonstructural components can affect the operational capacity of critical facilities, such as hospitals and fire stations, which can cause an increase in number of deaths. Additionally, failure of nonstructural components may result in economic, architectural, and historical losses of community. Accelerations and random vibrations must be under the predefined limitations in structures with high technological equipment, data centers in this case. Failure of server equipment and anchored server racks are investigated in this study. A probabilistic study is completed for a low-rise rigid sample structure. The structure is investigated in two versions, (i) conventional fixed-based structure and (ii) with a base isolation system. Seismic hazard assessment is completed for the selected site. Monte Carlo simulations are generated with selected parameters. Uncertainties in both structural parameters and mechanical properties of isolation system are included in simulations. Anchorage failure and vibration failures are investigated. Different methods to generate fragility curves are used. The site-specific annual hazard curve is used to generate risk curves for two different structures. A risk matrix is proposed for the design of data centers. Results show that base isolation systems reduce the failure probability significantly in higher floors. It was also understood that, base isolation systems are highly sensitive to earthquake characteristics rather than variability in structural and mechanical properties, in terms of accelerations. Another outcome is that code-provided anchorage failure limitations are more vulnerable than the random vibration failure limitations of server equipment.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.2
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pp.49-57
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2021
A study was conducted to secure structural performance as well as improve workability by improving the reinforcement details of special shear wall and coupling beams. Based on the specimen in which the existing diagonal bundle reinforcement and shear reinforcement were placed, the specimens replaced with thick diagonal reinforcing bars and the specimens replaced with horizontal reinforcing bars were selected as variables. As a result of the experiment, the specimen, which replaced the existing diagonal reinforcement with a thick-diameter reinforcement, showed a similar behavior to that of the basic specimen, and it was evaluated that it can be applied as an alternative to the details.
The geometric nonlinearity has been successfully integrated with the design of steel structural system. Thus, the tubular lattice girder, one application of steel structural systems have already been optimized to obtain an economic design following the completion of computationally expensive design procedure. In order to decrease its computing cost, this study proposes to employ five multi-objective metaheuristics for the design optimization of geometrically nonlinear tubular lattice girder. Then, the employed multi-objective optimization algorithms (MOAs), NSGAII, PESAII, SPEAII, AbYSS and MoCell are evaluated considering their computing performances. For an unbiased evaluation of their computing performance, a tubular lattice girder with varying size-shape-topology and a benchmark truss design with 17 members are not only optimized considering the geometrically nonlinear behavior, but three benchmark mathematical functions along with the four benchmark linear design problems are also included for the comparison purpose. The proposed experimental study is carried out by use of an intelligent optimization tool named JMetal v5.10. According to the quantitative results of employed quality indicators with respect to a statistical analysis test, MoCell is resulted with an achievement of showing better computing performance compared to other four MOAs. Consequently, MoCell is suggested as an optimization tool for the design of geometrically nonlinear tubular lattice girder than the other employed MOAs.
Low rise masonry structures are relatively inexpensive and easier to construct compared to other types of structures such as steel and reinforced concrete buildings. However, masonry structures are relatively heavier and less ductile and more vulnerable to damages in earthquakes. In this research, a new innovative low-cost seismic isolator using steel rings (SISR) is employed to reduce the seismic vulnerability of masonry structures. FEA of a masonry structure, made of concrete blocks is used to evaluate the effect of the proposed SISR on the seismic response of the structure. Two systems, fixed base and isolated from the base with the proposed SISRs, are considered. Micro-element approach and ABAQUS software are used for structural modeling. The nonlinear structural parameters of the SISRs, extracted from a recent experimental study by the authors, are used in numerical modeling. The masonry structure is studied in two separate modes, fixed base and isolated base with the proposed SISRs, under Erzincan and Imperial Valley-06 earthquakes. The accelerated response at the roof level, as well as the deformation in the masonry walls, are the parameters to assess the effect of the proposed SISRs. The results show a highly improved performance of the masonry structure with the SISRs.
In this study, die turning injection(DTI) mold design for manufacturing reservoir fluid tanks used for cooling in-vehicle batteries, inverters, and motors was conducted based on multi-field CAE. Part design, performance evaluation, and mold design of the reservoir fluid tank was performed. The frequency response characteristics through modal and harmonic response analysis to satisfy the automotive performance test items for the designed part were examined. Analysis of re-melting characteristics and structural analysis of the driving part for designing the rotating die of the DTI mold were performed. Part design was possible when the natural frequency performance value of 32Hz or higher was satisfied through finite element analysis, and the temperature distribution and deformation characteristics of the part after injection molding were found through the first injection molding analysis. In addition, it can be seen that the temperature change of the primary part greatly influences the re-melting characteristics during the secondary injection. The minimum force for driving the turning die of the designed mold was calculated through structural analysis. Hydraulic system design was possible. Finally, a precise and efficient DTI mold design for the reservoir fluid tank was possible through presented multi-field CAE process.
Background: In occupational studies, it is a known situation that technical and organizational attempts are used to prevent occupational accidents. Especially in the mining sector, if these attempts cannot prevent occupational accidents, personal protective equipment (PPE) becomes a necessity. Thus, in this study, the main objective is to examine the effects of the variables on the use of PPE and identify important factors. Methods: A questionnaire was implemented and structural equation modeling was conducted to ascertain the significant factors affecting the PPE use of mining employees. The model includes the factors that ergonomics, the efficiency of PPE and employee training, and PPE usage habit. Results: The results indicate that ergonomics and employee training have no significant effect (p > 0.05) on the use of PPE. The efficiency of PPE has a statistically meaningful effect (p < 0.05) on the use of PPE. Various variables have been evaluated in previous studies. However, none of them examined the variables simultaneously. Conclusion: The developed model in the study enables to better focus on ergonomics and employee training in the PPE usage. The effectiveness of a PPE makes its use unavoidable. Emphasizing PPE effectiveness in OHS training and even showing them in practice will increase employees' PPE usage. The fact that a PPE with high effectiveness is also ergonomic means that it will be used at high rates by the employee.
Surrogate models aim to approximate the performance function with an active-learning design of experiments (DoE) to obtain a sufficiently accurate prediction of the performance function's sign for an inexpensive computational demand in reliability analysis. Nevertheless, many existing active-learning methods are limited to the Kriging model, while the uncertainties of the Kriging itself affect the reliability analysis results. Moreover, the existing general active-learning methods may not achieve a fully satisfactory balance between accuracy and efficiency. Therefore, a novel active-learning method GLM-CM is constructed to yield the issues, which conciliates several merits of existing methods. To demonstrate the performance of the proposed method, four examples, concerning both mathematical and engineering problems, were selected. By benchmarking obtained results with literature findings, various surrogate models combined with the proposed method not only provide an accurate reliability evaluation while highly alleviating the computational burden, but also provides a satisfactory balance between accuracy and efficiency compared to the other reliability methods.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.20
no.7
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pp.48-57
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2021
The main research content of this paper is to evaluate the structural integrity and the cooling performance of 4250 kVA power transformer with ONAN(Oil Natural and Air Natural) mode. The dynamic analysis is used to verify the structural safety of the transformer by seismic loading. The transformer structure is simplified and NX software is used to build a three-dimensional model, and ANSYS commercial software is used to calculate the stress and deformation by applying corresponding load. The analysis result was evaluated whether it satisfies the design requirements according to the IEEE Std 693 standard. In terms of thermal analysis to evaluate the cooling performance, the thermal physical model is used to calculate the heat exchange between the radiator and the tank in the steady state, and the result is input into the Fluent software to calculate the internal temperature field of the transformer tank, which reduces the calculation cost of thermal fluid. Comparing the simulated hot spot temperature and top oil temperature of the transformer with the calculation results of the IEC60076 classic model, it is found that the error is only 1.9%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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