Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.4
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pp.803-810
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1992
With increases in the rotational speed of hydraulic machine, studies on the hydrodynamic characteristics of supercavitating cascade are important on the view of flow analysis and design of fluid machinery. In the present paper, the complex functions of nonlinear theory corresponding to the flow of supercavitating cascade can be obtained by distributing singulary singulary points such as sources, vortexes and doublets on hydrofoil and free streamline. The numerical calculations on the closed wake model and semi-closed wake model are carried out in order to show the flow characteristics around the supecavitating cascade with finite with finite cavity length. As the result of this study, the flow characteristics such as lift, drag and cavitation coefficients are predicted by the flow conditions of supercavitating cascade in the fluid machinery.
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.19
no.3
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pp.194-202
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2016
This study aims to review a topology optimization based on finite element analysis (FEA) for conceptual design of platform in the 10MW class floating type wave-wind hybrid power generation system (WHPGS). Two topology optimization theories, density method (DM) and homogenization design method (HDM) were used to check which one is more effective for a simplified structural design problem prior to the topology optimization of platform of WHPGS. From the results of the simplified design problem, the HDM was applied to the topology optimization of platform of WHPGS. For the conceptual platform design of WHPGS, FEA model was created and then the structural analysis was performed considering offshore environmental loads at installation site. Hydrodynamics analysis was carried out to calculate pressure on platform and tension forces in mooring lines induced from the offshore environmental loads such as design wave and current. Loading conditions for the structural analysis included the analysis results from the hydrodynamic analysis and the weights of WHPGS. Boundary condition was realized using inertia relief method. The topology optimization of WHPGS platform was performed using the HDM, and then the conceptual arrangement of main structural members was suggested. From the results, it was confirmed that the topology optimization might be a useful tool to design the conceptual arrangement of main structural members for a newly developed offshore structure such as the floating type WHPGS.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.22
no.4
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pp.594-600
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2021
Curved beam structures are generally used as components in structures such as railroad bridges and vehicles. The stability analysis of curved beams has been studied by a large number of researchers. Due to the complexities of structural components, it is difficult to obtain an analytical solution for any boundary conditions. In order to overcome these difficulties, the differential quadrature method (DQM) has been applied for a large number of cases. In this study, DQM was used to solve the complicated partial differential equations for buckling analysis of curved beams. The governing differential equation was deduced and solved for beams subjected to uniformly distributed radial loads. Critical loads were calculated with various opening angles, boundary conditions, and parameters. The results of the DQM were compared with exact solutions for available cases, and the DQM gave outstanding accuracy even when only a small number of grid points was used. Critical loads were also calculated for the in-plane inextensional buckling of the asymmetric curved beams, and two theories were compared. The study of a beam with extensibility of the arch axis shows that the effects on the critical loads are significant.
The benefits of utilizing internal reinforced members, such as soil nails and ground anchors, in maintaining stable excavations and slopes have been known among geotechnical engineers to be very effective. Occasionally, however, both soil nails and ground anchors are simultaneously used in one excavation site. In the present study, a method of limit equilibrium stability analysis of the excavation zone reinforced with the vertically or horizontally mixed nail-anchor system is proposed to evaluate the global safety factor with respect to a sliding failure. The postulated failure wedges are determined based on the results of the $FLAC^{2D}\; 및\; FLAC^{3D}$ program analyses. This study also deals with a determination of the required thickness of the shotcrete facing. An excessive facing thickness may be required due to both the stress concentration and the relative displacement at the interface zone between the soil nailing system and the ground anchor system. A simple finite element method of analysis is presented to estimate the corresponding relative displacement at the interface zone between two different support systems. As an efficient resolution to reduce the facing thickness, the modified bearing plate system is also proposed. Finally with various analysis related to the effects of design parameters, the predicted displacements are compared with the results of the $FLAC^{2D}$ program analyses.
In this work dynamic heat transfer in a CPFS (cable penetration fire stop) system built in the firewall of nuclear power plants is three-dimensionally investigated to develop a test-simulator that can be used to verify effectiveness of the sealant. Dynamic heat transfer in the fire stop system is formulated in a parabolic PDE (partial differential equation) subjected to a set of initial and boundary conditions. First, the PDE model is divided into two parts; one corresponding to heat transfer in the axial direction and the other corresponding to heat transfer on the vertical planes. The first PDE is converted to a series of ODEs (ordinary differential equations) at finite discrete axial points for applying the numerical method of SOR (successive over-relaxation) to the problem. The ODEs are solved by using an ODE solver In such manner, the axial heat flux can be calculated at least at the finite discrete points. After that, all the planes are separated into finite elements, where the time and spatial functions are assumed to be of orthogonal collocation state at each element. The initial condition of each finite element can be obtained from the above solution. The heat fluxes on the vertical planes are calculated by the Galerkin FEM (finite element method). The CPFS system was modeled, simulated, and analyzed here. The simulation results were illustrated in three-dimensional graphics. Through simulation, it was shown clearly that the temperature distribution was influenced very much by the number, position, and temperature of the cable stream, and that dynamic heat transfer through the cable stream was one of the most dominant factors, and that the feature of heat conduction could be understood as an unsteady-state process.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.10
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pp.1437-1442
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2010
A slipper metal is used for power transmission in the aluminum hot rolling process. The slipper metal connects a spindle with a coupling. Therefore, if the slipper metal is seriously damaged, the spindle and the coupling will crash into each other. Therefore, preventing the destruction of the slipper metal is essential for ensuring a long mechanical life cycle. In this study, the structural analysis and optimal design of the slipper metal was carried out by finite element method for life extension of the slipper metal. To verify the interference of spindle assembly with modified slipper metal, a kinematics simulation was performed by applying various combinations of dynamic boundary conditions. As a result of structural analysis and optimal design of the slipper metal, the maximum stress of the modified slipper metal was lower than that of the initial model by 22%.
For the electro-discharge machining of an electro-conductive anisotropic composite, an unsteady state formulation was established and solved by Galerkin's finite element method. The distribution of temperature on work piece, the shape of the crater and the material removal rate were obtained in terms of the process parameters. The $12{\times}12$ irregular mesh that was chosen as the optimum in the previous analysis was used for computational accuracy and efficiency. A material having the physical properties of alumina/titanium carbide composite was selected and an electricity with power of 51.4 V and current of 7 A was applied, assuming the removal efficiency of 10 % and the thermal anisotropic factors of 2 and 3. As the spark was initiated the workpiece immediately started to melt and the heat affected zone was formed. The moving boundary of the crater was also identified with time. When the radial and axial conductivities were increased separately, the temperature distribution and the shape of the crater were shifted in the radial and axial directions, respectively. The material removal rate was found to be higher when the conductivity was increased in the radial direction rather than in the axial direction.
The classical multiscale finite element (FE2 ) method involves iterative calculations of micro-boundary value problems for representative volume elements at every integration point in macro scale, making it a computationally time and data storage space. To overcome this, we developed the data-driven multiscale analysis method based on the mean-field homogenization (MFH). Data-driven computational mechanics (DDCM) analysis is a model-free approach that directly utilizes strain-stress datasets. For performing multiscale analysis, we efficiently construct a strain-stress database for the microstructure of composite materials using mean-field homogenization and conduct data-driven computational mechanics simulations based on this database. In this paper, we apply the developed multiscale analysis framework to an example, confirming the results of data-driven computational mechanics simulations considering the microstructure of a hyperelastic composite material. Therefore, the application of data-driven computational mechanics approach in multiscale analysis can be applied to various materials and structures, opening up new possibilities for multiscale analysis research and applications.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.3
no.4
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pp.244-254
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1991
The numerical analysis on tile behaviour of mooring system in the offshore guyed tower is presented. The governing equilibrium equations are derived by the principle of virtual work. The drag and inertia effects of fluid are included in a Morrison type equation. The finite element method is used in the computation. Geometric nonlinearities for the analysis of the mooring line are considered in which both modified Newton-Raphson method and Newmark-$\beta$ method are employed. Numerical experiments show the validity and the capability of the developed mathematical formulation.
Welding distortion is more serious problem than any other problems caused by welding process, especially, in the heavy-industrial place. These welding distortions are caused by nonuniform heating and cooling of metal during and after welding operations. And these distortion quantities are must be known to worker in production line because distorions are important role in assembling part. Therefore an analytical model to explain and predict the welding distortion are needed. A numerical analysis of welding distortion which is inelastic behavior of weldment would require the three dimensional calculation. But computing time and memory would be very large, and the resulting cost might be unacceptable. Therefore we use a numerical technique for two dimensional analysis in the section normal to the weld direction of weldment under an assumption of quasi-stationary conditions. But the result of the calculation under two dimensional(plane strain) assumption was not satisfied as compared with experimental result. This paper proposed a technique for analysing the welding angular distortion by using a constraint boundary condition on the two dimensional finite element model. The simulation results revealed that the constraint boundary model could more reasonably describe the welding distortion than the plane strain model did.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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