Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.15
no.3
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pp.491-499
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2002
A p-version finite element model based on degenerate shell element is proposed tot the analysis of orthotropic laminated plates. In the nonlinear formulation of the model, the total Lagrangian formulation is adopted with large deflection and moderate rotation being accounted tot in the sense of yon Karman hypothesis. The material model is based on the Huber-Mises yield criterion and Prandtl-Reuss flow rule in accordance with the theory of strain hardening yield function, which is generalized lot anisotropic materials by introducing the parameters of anisotropy. The model is also based on extension of equivalent-single layer laminate theory(ESL theory) with shear deformation, leading to continuous shear strain at the interface of two layers. The integrals of Legendre polynomials are used for shape functions with p-level varying from 1 to 10. Gauss-Lobatto numerical quadrature is used to calculate the stresses at the nodal points instead of Gauss points. The validity of the proposed P-version finite element model is demonstrated through several comparative points of iew in terms of ultimate load, convergence characteristics, nonlinear effect, and shape of plastic tone.
Optimal operating conditions of on-farm red pepper dryer were searched by using the simulation-optimization algorithm combining the drying and quality deterioration models of red pepper with Box's complex method. Determination of control variables such as air temperature, air recycle ratio and air flow rate was based on a criterion of minimizing energy consumption under the constrainst conditions that satisfied the specified color retention of carotenoids. As quality constraint was stricter, energy consumption increased and total drying time decreased with lower recycle ratio and higher air flow rate Product mixing during drying was found to be able to improve the energy efficiency and product quality. Currently used air flow rate was assessed to be increased for the optimal operation. Two stage drying at the fixed optimal air flow rate was proven to be useful means for further saying of energy consumption. In the optimal bistaged drying, the second stage began at about one third of the total drying time and low air temperature in the first stage Increased to a high value and air recycle ratio increased slightly in the second stage. Optimal control variable scheme could be explained by the dryer performance and the carotenoids destruction kinetics in red pepper drying.
Flow through compliant tubes with linear taper in wall thickness is numerically simulated by finite element analysis. For verification of the numerical method, flow through a compliant stenotic vessel is simulated and the results are compared to the existing experimental data. Steady two-dimensional flow in a collapsible channel with initial tension is also simulated and the results are compared with numerical solutions from the literature. Computational results show that as cross-sectional area decreases with the reduction in downstream pressure, flow rate increases and reaches the maximum when the speed index (mean velocity divided by wave speed) is near the unity at the point of minimum cross-section area, indicating the flow limitation or choking (flow speed equals wave speed) in one-dimensional studies. for further reductions in downstream pressure, flow rate decreases. The flow limitation or choking consist of the main reasons of waterfall effect which occurs in the airways, capillaries of lung, and other veins. Cross-sectional narrowing is significant but localized. When the ratio of downstream-to-upstream wall thickness is 2, the area throat is located near the downstream end. As this ratio is increased to 3, the constriction moves to the upstream end of the tube.
In many geological fields, including hydrogeology, it is of great importance to determine the heterogeneity of the subsurface media. This study briefly introduces the concept and theory of the method that can estimate the hydraulic properties of the media constituting the aquifer, which was recently introduced by Park (2020). After the introduction, the method was applied to the synthetic aquifer to demonstrate the practicality, from which various implications were drawn. The introduced technique uses a global optimization technique called the covariance matrix adaptation evolution strategy (CMA-ES). Conceptually, it is a methodology to characterize the aquifer heterogeneity by assimilating the groundwater level time-series data due to the imposed hydraulic stress. As a result of applying the developed technique to estimate the hydraulic conductivity of a hypothetical aquifer, it was confirmed that a total of 40000 unknown values were estimated in an affordable computational time. In addition, the results of the estimates showed a close numerical and structural similarity to the reference hydraulic conductivity field, confirming that the quality of the estimation by the proposed method is high. In this study, the developed method was applied to a limited case, but it is expected that it can be applied to a wider variety of cases through additional development of the method. The development technique has the potential to be applied not only to the field of hydrogeology, but also to various fields of geology and geophysics. Further development of the method is currently underway.
Ji, Inseo;Kang, Jeon-Woong;Kim, Taeyung;Kang, Min Seo;Kwon, Sun Beom;Hong, Jiwoo
Korean Chemical Engineering Research
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v.60
no.2
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pp.300-307
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2022
Time-resolved serial femtosecond crystallography (TR-SFX) is a powerful technique for determining temporal variations in the structural properties of biomacromolecules on ultra-short time scales without causing structure damage by employing femtosecond X-ray laser pulses generated by an X-ray free electron laser (XFEL). The mixing rate of reactants and biomolecule samples, as well as the hit rate between crystal samples and x-ray pulses, are critical factors determining TR-SFX performance, such as accurate image acquisition and efficient sample consumption. We here develop two distinct sample delivery systems that enable ultra-fast mixing and on-demand droplet injecting via pneumatic application with a square pulse signal. The first strategy relies on inertial mixing, which is caused by the high-speed collision and subsequent coalescence of droplets ejected through a double nozzle, while the second relies on on-demand pneumatic jetting embedded with a 3D-printed micromixer. First, the colliding behaviors of the droplets ejected through the double nozzle, as well as the inertial mixing within the coalesced droplets, are investigated experimentally and numerically. The mixing performance of the pneumatic jetting system with an integrated micromixer is then evaluated by using similar approaches. The sample delivery system devised in this work is very valuable for three-dimensional biomolecular structure analysis, which is critical for elucidating the mechanisms by which certain proteins cause disease, as well as searching for antibody drugs and new drug candidates.
A stochastic way using continuous time Markov process is presented to model the one-dimensional nuclide transport in fractured rock matrix as an extended study for previous work [1]. A nuclide migration model by the continuous time Markov process for single planar fractured rock matrix, which is considered as a transient system where a process by which the nuclide is diffused into the rock matrix from the fracture may be no more time homogeneous, is compared with a conventional deterministic analytical solution. The primary desired quantities from a stochastic model are the expected values and variance of the state variables as a function of time. The time-dependent probability distributions of nuclides are presented for each discretized compartment of the medium given intensities of transition. Since this model is discrete in medium space, parameters which affect nuclide transport could be easily incorporated for such heterogeneous media as the fractured rock matrix and the layered porous media. Even though the model developed in this study was shown to be sensitive to the number of discretized compartment showing numerical dispersion as the number of compartments are decreased, with small compensating of dispersion coefficient, the model agrees well to analytical solution.
A pile is a structural element that is used to transfer external loads from superstructures and has been widely utilized in construction fields all over the world. The method of installing a pile into the ground should be selected based on geotechnical conditions, location, site status, environmental factors, and construction costs, among others. It can be divided into two types: direct hammering and preboring. The direct hammering method installs a pile into the bearing layer, such as rock, using a few types of hammer, generating a considerable amount of pile driving-induced vibration. The vibration from pile driving influences adjacent structures and the ground; therefore, quantitatively investigating the effects of vibration is inevitably required. In this study, two-dimensional dynamic numerical modeling and analysis are performed using the finite difference method to investigate the influence on the adjacent slope, including temporary supporting system. Time-dependent loading induced by pile driving is estimated and used in the numerical analysis. Consequently, large surface displacement is estimated due to surface waves and less wave deflection, and refraction at the surface. The total displacement decreases with the increase of the distance from the source. However, lateral displacement at the top of the slope shows a larger value than vertical displacement, and the overall displacement tends to be concentrated near the face of the slope.
Centrifugal pump is a facility that transfers energy to fluid through centrifugal force, which is usually generated by rotating the impeller at high speed, and is a major process facility used in many LNG production bases such as vaporization seawater pump, industrial water and fire extinguishing pump using seawater. to be. Currently, pumps in LNG plant sites are subject to operating conditions that vary depending on the amount of supply desired by the customer for a long period of time. Pumps in particular occupy a large part of the consumption strategy at the plant site, and if the optimum operation condition is not available, it can incur enormous energy loss in long term plant operation. In order to solve this problem, it is necessary to identify the performance deterioration factor through the flow analysis and the result analysis according to the fluctuations of the pump's operating conditions and to determine the optimal operation efficiency. In order to evaluate operation efficiency through experimental techniques, considerable time and cost are incurred, such as on-site operating conditions and manufacturing of experimental equipment. If the performance of the pump is not suitable for the site, and the performance of the pump needs to be reduced, a method of changing the rotation speed or using a special liquid containing high viscosity or solids is used. Especially, in order to prevent disruptions in the operation of LNG production bases, a technology is required to satisfy the required performance conditions by processing the existing impeller of the pump within a short time. Therefore, in this study, the rotation difference of the pump was applied to the ANSYS CFX program by applying the modified 3D modeling shape. In addition, the results obtained from the flow analysis and the curve fitting toolbox of the MATLAB program were analyzed numerically to verify the outer diameter correction theory.
The high-speed railway system is mainly composed of tunnel, bridge, and viaduct to meet the straightness needed for keeping the high speed up to 400 km/s. Seismic fragility for the high-speed railway infrastructure can be assessed as two ways: one way is studying each element of infrastructure analytically or numerically, but it requires lots of research efforts due to wide range of railway system. On the other hand, empirical method can be used to access the fragility of an entire system efficiently, which requires case history data. In this study, we collect the 2004 MW 6.6 Niigata earthquake case history data to develop empirical seismic fragility function for a railway system. Five types of intensity measures (IMs) and damage levels are assigned to all segments of target system for which the unit length is 200 m. From statistical analysis, probability of exceedance for a certain damage level (DL) is calculated as a function of IM. For those probability data points, log-normal CDF is fitted using MLE method, which forms fragility function for each damage level of exceedance. Evaluating fragility functions calculated, we observe that T=3.0 spectral acceleration (SAT3.0) is superior to other IMs, which has lower standard deviation of log-normal CDF and low error of the fit. This indicates that long-period ground motion has more impacts on railway infrastructure system such as tunnel and bridge. It is observed that when SAT3.0 = 0.1 g, P(DL>1) = 2%, and SAT3.0 = 0.2 g, P(DL>1) = 23.9%.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.13
no.7
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pp.667-678
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2002
In this paper, a new radiating structure with a multi-layered two-dimensional metallic disk array was proposed for shaping the flat-topped element pattern. It is an infinite periodic planar array structure with metallic disks finitely stacked above the radiating circular waveguide apertures. The theoretical analysis was in detail performed using rigid full-wave analysis, and was based on modal representations for the fields in the partial regions of the array structure and for the currents on the metallic disks. The final system of linear algebraic equations was derived using the orthogonal property of vector wave functions, mode-matching method, boundary conditions and Galerkin's method, and also their unknown modal coefficients needed for calculation of the array characteristics were determined by Gauss elimination method. The application of the algorithm was demonstrated in an array design for shaping the flat-topped element patterns of $\pm$20$^{\circ}$ beam width in Ka-band. The optimal design parameters normalized by a wavelength for general applications are presented, which are obtained through optimization process on the basis of simulation and design experience. A Ka-band experimental breadboard with symmetric nineteen elements was fabricated to compare simulation results with experimental results. The metallic disks array structure stacked above the radiating circular waveguide apertures was realized using ion-beam deposition method on thin polymer films. It was shown that the calculated and measured element patterns of the breadboard were in very close agreement within the beam scanning range. The result analysis for side lobe and grating lobe was done, and also a blindness phenomenon was discussed, which may cause by multi-layered metallic disk structure at the broadside. Input VSWR of the breadboard was less than 1.14, and its gains measured at 29.0 GHz. 29.5 GHz and 30 GHz were 10.2 dB, 10.0 dB and 10.7 dB, respectively. The experimental and simulation results showed that the proposed multi-layered metallic disk array structure could shape the efficient flat-topped element pattern.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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