Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.27
no.1
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pp.9-16
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2014
Using a level set method and topological derivatives, a topological shape optimization method that is independent of an initial design is developed for linearly elastic structures. In the level set method, the initial domain is kept fixed and its boundary is represented by an implicit moving boundary embedded in the level set function, which facilitates to handle complicated topological shape changes. The "Hamilton-Jacobi(H-J)" equation and computationally robust numerical technique of "up-wind scheme" lead the initial implicit boundary to an optimal one according to the normal velocity field while minimizing the objective function of compliance and satisfying the constraint of allowable volume. Based on the asymptotic regularization concept, the topological derivative is considered as the limit of shape derivative as the radius of hole approaches to zero. The required velocity field to update the H-J equation is determined from the descent direction of Lagrangian derived from optimality conditions. It turns out that the initial holes are not required to get the optimal result since the developed method can create holes whenever and wherever necessary using indicators obtained from the topological derivatives. It is demonstrated that the proper choice of control parameters for nucleation is crucial for efficient optimization process.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.26
no.1
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pp.69-77
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2013
When structural design of a tall building is conducted, reduction of wind-induced lateral displacement is one of the most important problem. For this purpose, additional dampers and vibration control devices are generally considered. In this process, control performance of additional devices are usually investigated for optimal design without variation of characteristics of a structure. In this study, multi-objective integrated optimization of structure-smart control device is conducted and possibility of reduction of structural resources of a tall building with additional smart damping device has been investigated. To this end, a 60-story diagrid building structure is used as an example structure and artificial wind loads are used for evaluation of wind-induced responses. An MR damper is added to the conventional TMD to develop a smart TMD. Because dynamic responses and the amount of structural material and additional smart damping devices are required to be reduced, a multi-objective genetic algorithm is employed in this study. After numerical simulation, various optimal designs that can satisfy control performance requirement can be obtained by appropriately reducing the amount of structural material and additional smart damping device.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.32
no.2
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pp.103-108
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2019
Non-equilibrium molecular dynamics simulation on the thermal boundary resistance(TBR) of an aluminum(Al)/silicon(Si) interface was performed in the present study. The constant heat flux across the Si/Al interface was simulated by adding the kinetic energy in hot Si region and removing the same amount of the energy from the cold Al region. The TBR estimated from the sharp temperature drop at the interface was independent of heat flux and equal to $5.13{\pm}0.17K{\cdot}m^2/GW$ at 300K. The simulation result was experimentally confirmed by the time-domain thermoreflectance technique. A 90nm thick Al film was deposited on a Si(100) wafer using an e-beam evaporator and the TBR on the film/substrate interface was measured using the time-domain thermoreflectance technique based on a femtosecond laser system. A numerical solution of the transient heat conduction equation was obtained using the finite difference method to estimate the TBR value. Experimental results were compared to the prediction and discussions on the nanoscale thermal transport phenomena were made.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.36
no.3
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pp.155-163
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2023
Real-time monitoring technology is critical for ensuring the safety and reliability of nuclear power plant structures. However, the current seismic monitoring system has limited system identification capabilities such as modal parameter estimation. To obtain global behavior data and dynamic characteristics, multiple sensors must be optimally placed. Although several studies on optimal sensor placement have been conducted, they have primarily focused on civil and mechanical structures. Nuclear power plant structures require robust signals, even at low signal-to-noise ratios, and the robustness of each mode must be assessed separately. This is because the mode contributions of nuclear power plant containment buildings are concentrated in low-order modes. Therefore, this study proposes an optimal sensor placement methodology that can evaluate robustness against noise and the effects of each mode. Indicators, such as auto modal assurance criterion (MAC), cross MAC, and mode shape distribution by node were analyzed, and the suitability of the methodology was verified through numerical analysis.
Mijin Yoon;Janghoon Seo;Dong-Woo Park;Chanjae Lee;Intae Kim;Dong Nam
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.29
no.6
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pp.688-696
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2023
In the present study, free roll decay and resistance performances of fishing vessels were evaluated with the combinations and variations of in the parameters of appendages which are attached to improve motion performance of fishing vessels. Computational Ffluid Ddynamics was used to perform free roll decay and resistance analysis. The roll period and decay coefficient were derived by the variations in the combination and dimensions of the primary appendages of the bilge keel and the under keel. It was observed thatThe variations of in the length of the under keel did not significantly impact to the roll damping coefficient. Conversely, for the bilge keel, an increase in the length and angle resulted in an increase in the roll damping coefficient. Comparison of resistance performance was additionally assessed among the selected hulls with the appendages and bare hull. The resistance of the hull with the appendages was higher than that of the bare hull due owing to the changes of in the pressure on the surface of the hull and trim angle. Throughout the present study, the impact of appendage parameter and arrangement on the free roll decay and resistance performance of fishing vessels were was assessed,. which This will be beneficial for the application of appendages to fishing vessels.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.18
no.3
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pp.77-86
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2010
In this study, the model of the indirect wind suction waste sorting machine for characteristics of the screening of waste was studied using computational fluid dynamics and the drag coefficient for the model and the suction wind speed were obtained. The wind separator are developing by installing a cyclone air outlet to the suction blower impeller waste is selective in a way that does not pass the features and characteristics of the inlet pipe of the pressure loss and separation efficiency can have a significant impact on. Using Wind separator for selection of waste in the waste prior research on the aerodynamic properties are essential. For plastic cases, it is reasonable to take the drag coefficient between 0.8 and 1.0, and for cans, compression depending on whether the cans, the drag coefficient is in the range from 0.2 to 0.7. The separation efficiency of waste as change suction speed was the highest efficiency when the suction speed was 25~26 m/s. Shape of the inlet, depending on how the transfer pipe of the duct pressure loss occurs because the inlet velocity changes through the appropriate design standards to allow for continued research is needed.
Muhammad Umar Elahi;Jaehyun Jung;Salman Khalid;Heung Soo Kim
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.37
no.4
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pp.259-265
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2024
Shape memory alloy (SMA)-textile actuators have attracted significant attention across various fields, including soft robotics and wearable technology. These smooth actuators are developed by combining SMA and simple textile fibers and then knitting them into two loop patterns known as the knit (K-loop) and plain (P-loop) patterns. Both loops are distinguished by opposite bending characteristics owing to loop head geometry. However, the knitting processes for these actuator sheets require expertise and time, resulting in high production costs for knitted loop actuation sheets. This study introduces a novel method by which to assess the strain in SMA textile-based actuators, which experience large deformations when subjected to voltage. Owing to the highly nonlinear constitutive equations of the SMA material, developing an analytical model for numerical analysis is challenging. Therefore, this study employs a novel approach that utilizes a linear constitutive equation to analyze large deformations in SMA material with nonlinear geometry considerations. The user-defined material (UMAT) subroutine integrates the linear constitutive equation into the ABAQUS software suite. This equivalent unit cell (EUC) model is validated by comparing the experimental bending actuation results of K-loops and P-loops.
Kim, Jung-Tae;Kang, Seok-Jun;Lee, Minhyeong;Cho, Gye-Chun
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.37
no.3
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pp.19-30
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2021
The presence of the hydrate-bearing sediments in Ulleung Basin of South Korea has been confirmed from previous studies. Researches on gas production methods from the hydrate-bearing sediments have been conducted worldwide. As production mechanism is a complex phenomenon in which thermal, hydraulic, and mechanical phenomena occur simultaneously, it is difficult to accurately conduct the productivity and stability analysis of hydrate bearing sediments through lab-scale experiments. Thus, the importance of numerical analysis in evaluating gas productivity and stability of hydrate-bearing sediments has been emphasized. In this study, the numerical parametric analysis was conducted to investigate the effects of the bottom hole pressure and the depressurization rate on the gas productivity and stability of hydrate-bearing sediments during the depressurization method. The numerical analysis results confirmed that as the bottom hole pressure decreases, the productivity increases and the stability of sediments deteriorates. Meanwhile, it was shown that the depressurization rate did not largely affect the productivity and stability of the hydrate-bearing sediments. In addition, sensitivity analysis for gas productivity and stability of the sediments were conducted according to the depressurization rate in order to establish a production strategy that prevents sand production during gas production. As a result of the analysis, it was confirmed that controlling the depressurization rate from a low value to a high value is effective in securing the stability. Moreover, during gas production, the subsidence of sediments occurred near the production well, and ground heave occurred at the bottom of the production well due to the pressure gradient. From these results, it was concluded that both the productivity and stability analyses should be conducted in order to determine the bottom hole pressure when producing gas using the depressurization method. Additionally, the stress analysis of the production well, which is induced by the vertical displacements of sediments, should be evaluated.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.36
no.8
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pp.783-789
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2012
In this study, turbulent flow and heat transfer characteristics in a helically coiled tube have been numerically investigated. Helically coiled tubes are commonly used in heat exchange systems to enhance the heat transfer rate. Accordingly, they have been widely studied experimentally; however, most studies have focused on the pressure drop and heat transfer correlations. The centrifugal force caused by a helical tube increases the wall shear stress and heat transfer rate on the outer side of the helical tube while decreasing those on the inner side of the tube. Therefore, this study quantitatively shows the variation of the local Nusselt number and friction factor along the circumference at the wall of a helical tube by varying the coil diameter and Reynolds number. It is seen that the local heat transfer rate and wall shear stress greatly decrease near the inner side of the tube, which can affect the safety of the tube materials. Moreover, this study verifies the previous experimental correlations for the friction factor and Nusselt number, and it shows that the correlation between the two in a straight tube can be applied to a helical tube. It is expected that the results of this study can be used as important data for the safety evaluation of heat exchangers and steam generators.
The present study used the MILD combustor, which has coaxial cylindrical tube. The outside tube of the MILD combustor corresponds to the exhaust gas passage and the inner side tube is the furnace passage. A numerical analysis was accomplished to elucidate the characteristics of exhaust gas entrainment toward the inner furnace with the changes of venturi nozzle geometrical parameters, nozzle position, nozzle gap between high pressure air nozzle and venturi nozzle, and with the change of high pressure nozzle inlet velocity. The entrainment flow rate for the case with the high pressure air nozzle attached at the exhaust gas wall has relatively small change with the change of nozzle gap. That for the case with the high pressure air nozzle exposed to the exhaust gas has monotonically increase with the change of nozzle gap. The flow rate ratio of entrainment flow rate has considerably increase tendency with relatively lower air inlet velocity, on the other hand, that with relatively higher air inlet velocity could be seen relatively small increase.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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