This paper deals with the development of analytical model of a turbocharger and its detail rotordynamic analysis. Two analytical models, which are verified by experimental modal testing, are proposed and the analytical model including rotor shaft extended to compressor and turbine wheel end side is chosen. A rotordynamic analysis includes the critical map, Campbell diagram, stability, and unbalance response, especially nonlinear transient response considering nonlinear fluid film force at bearings. Although the linearized analysis accurately predicts the critical speeds, stability limit, and stability threshold speed, the predicted vibration results are not valid for speeds above the stability threshold speed since the rotor vibrates with a subsynchronous component much larger than the one synchronous with rotor speed. Hence, for operating speed above the stability threshold, a nonlinear transient analysis considering nonlinear fluid film force must be performed in order to accurately predict vibration responses of rotor and guarantee results of analysis.
This article presents a unified mathematical model to investigate free and forced vibration responses of perforated thin and thick beams. Analytical models of the equivalent geometrical and material characteristics for regularly squared perforated beam are developed. Because of the shear deformation regime increasing in perforated structures, the investigation of dynamical behaviors of these structures becomes more complicated and effects of rotary inertia and shear deformation should be considered. So, both Euler-Bernoulli and Timoshenko beam theories are proposed for thin and short (thick) beams, respectively. Mathematical closed forms for the eigenvalues and the corresponding eigenvectors as well as the forced vibration time response are derived. The validity of the developed analytical procedure is verified by comparing the obtained results with both analytical and numerical analyses and good agreement is detected. Numerical studies are presented to illustrate effects of beam slenderness ratio, filling ratio, as well as the number of holes on the dynamic behavior of perforated beams. The obtained results and concluding remarks are helpful in mechanical design and industrial applications of large devices and small systems (MEMS) based on perforated structure.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.57
no.6
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pp.353-364
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2020
This paper presents the semi-analytical ice load calculation methods that are useful to simulate the ice-breaking process. Since the semi-analytical methods rely on the previously developed closed form equations or numerical analysis results, the user's exact understanding for the equations must be supported in order to use the methods properly. In this study, various failure modes of ice such as local crushing, in-plane splitting failure, out-of-plane bending failure and radial or circumferential cracking with rotation of the broken ice floe are considered. Based on the presented methods, the fracture modes were evaluated according to the size and thickness of ice. In addition, time series analysis for the ice-breaking process was performed on several ice conditions and the results were analyzed.
Sabouri-Ghomi, Saeid;Nasri, Arman;Jahani, Younes;Bhowmick, Anjan K.
Steel and Composite Structures
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v.38
no.4
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pp.463-476
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2021
The concept of using Steel-concrete (SC) composite walls as retaining walls has recently been introduced by the authors and their effectiveness of resisting out-of-plane loads has also been demonstrated. In this paper, an improved analytical formulation based on partial interaction theory, which has previously been developed by the authors, is presented. The improved formulation considers a new loading condition and also accounts for cracking in concrete to simulate the real conditions. Due to a limited number of test specimens, further finite element (FE)simulations are performed in order to verify the analytical procedure in more detail. It is observed that the results from the improved analytical procedure are in excellent agreement with both experimental and numerical results. Moreover, a detailed parametric study is conducted using the developed FE model to investigate effects of different parameters, such as distance between shear connectors, shear connector length, concrete strength, steel plate thickness, concrete cover thickness, wall's width to thickness ratio, and wall's height to thickness ratio, on the behavior of SC composite walls subjected to out-of-plane loads.
For a given structural geometry, the stiffness and damping parameters of the soil and the dynamic response of the structure may change in the face of an equivalent linear soil behavior caused by a strong earthquake. Therefore, the influence of equivalent linear soil behavior on the impedance functions form and the seismic response of the soil-structure system has been investigated. Through the substructure method, the seismic response of the selected structure was obtained by an analytical formulation based on the dynamic equilibrium of the soil-structure system modeled by an analog model with three degrees of freedom. Also, the dynamic response of the soil-structure system for a nonlinear soil behavior and for the two types of impedance function forms was also analyzed by 2D finite element modeling using ABAQUS software. The numerical results were compared with those of the analytical solution. After the investigation, the effect of soil nonlinearity clearly showed the critical role of soil stiffness loss under strong shaking, which is more complex than the linear elastic soil behavior, where the energy dissipation depends on the seismic motion amplitude and its frequency, the impedance function types, the shear modulus reduction and the damping increase. Excellent agreement between finite element analysis and analytical results has been obtained due to the reasonable representation of the model.
The effectiveness of conventional tuned liquid dampers (TLDs) in controlling the wind-induced response of tall flexible structures has been indicated. However, the impaired control effect in the detuning condition or a considerably high mass cost of liquid may be incurred in ensuring the high-level serviceability. To provide an efficient TLD-based solution for wind-induced vibration control, this study proposes a serviceability-oriented optimal design method for isolated TLDs (ILDs) and derives analytical design formulae. The ILD is implemented by mounting the TLD on the linear isolators. Stochastic response analysis is performed for the ILD-equipped structure subjected to stochastic wind and white noise, and the results are considered to derive the closed-form responses. Correspondingly, an extensive parametric analysis is conducted to clarify a serviceability-oriented optimal design framework by incorporating the comfort demand. The obtained results show that the high-level serviceability demand can be satisfied by the ILD based on the proposed optimal design framework. Analytical design formulae can be preliminarily adopted to ensure the target serviceability demand while enhancing the structural displacement performance to increase the safety level. Compared with conventional TLD systems, the ILD exhibits higher effectiveness and a larger frequency bandwidth for wind-induced vibration control at a small mass ratio.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.41
no.9
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pp.1-9
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2004
Analytical expressions for breakdown voltages of abrupt pn junction in GaP, GaAs and InP of III-V binary semiconductors was induced. Getting analytical breakdown voltage, effective ionization coefficients were extracted using ionization coefficient parameters for each materials. The result of analytical breakdown voltages followed by ionization integral agrees well with numerical and experimental results within 10% in error.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.2
no.2
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pp.97-109
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1998
A comparison of the two dimensional heat loss, computed using the analytical method and the finite difference method in two models(i.e. one is a parabolic fin whose parabolic curves meet at the fin center line and the other is a transformed parabolic fin whose tip cuts vertically), is made assuming the analytical method is correct. For these methods, the root temperature and surrounding convection coefficients of these fins are assumed as constants. The results show that the relative errors of the heat loss between the two methods for the parabolic fin whose tip cuts vertically are smaller than those for the one whose tip does not cut. In case of Bi=0.01, the values of the heat loss obtained using a finite difference method are close to those values obtained using the analytical method for both models. The values of the heat loss from both models calculated by using the analytical method are almost the same for given range of non-dimensional fin length in case of Bi = 0.01 and 0.1.
This paper deals with analytical prediction for the cogging torque of permanent magnet machines with multi-pole rotor First. open-circuit field solutions are derived using a magnetic vector potential and a two-dimensional (2-d) polar coordinate systems. On the basis of derived open-circuit field solutions and 2-d permeance functions. we also derive the analytical solutions for the open-circuit field considering stator slotting effects and cogging torque. All analytical results are shown in goof agreement with those obtained from finite element (FE) analyses.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.9
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pp.1350-1358
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2001
During the last decade, a number of experiments and numerical analyses had been performed in conjunction with the development of simplified analytical methods to estimate the fracture behavior of cracked piping in nuclear power plant. However, the necessity of further investigation for the analytical methods was issued because of the discrepancies with the experimental data. The objective of this paper is to find out the optimum methods to evaluate the load-carrying capacities for cracked pipes. To do this, numerous analytical and finite element analyses were carried out for various pipe and crack geometries and materials. These results were synthesized for crack shapes and can be used as basic data for leak before analyses and risk informed inspections.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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