Green hydrogen presents a sustainable and environmentally friendly solution for clean energy production and transportation. This study aims to identify the optimal profile of green hydrogen transportation risers originating from a floating offshore wind turbine (FOWT) integrated with a hydrogen production facility. Employing the Cummins equation, a fully coupled dynamic analysis for FOWT with a flexible riser was conducted, with the tower, mooring lines, and risers described using a lumped mass line model. Initially, motion response amplitude operators (RAOs) were compared with openly published results to validate the numerical model for the FOWT. Subsequently, a parametric study was conducted on the length of the buoyancy module section and the upper bare section of the riser by comparing the riser's tension and bending moment. The results indicated that as the length of the buoyancy module increases, the maximum tension of the riser decreases, while it increases with the lengthening of the bare section. Furthermore, shorter buoyancy modules are expected to experience less fatigue damage, with the length of the bare section having a relatively minor impact on this phenomenon. Consequently, to ensure safety under extreme environmental conditions, both the upper bare section and the buoyancy module section should be relatively short.
This work reports results of our study on the dynamic responses of the buried pipelines both along the axial and the transverse directions under various boundary end conditions. In order to investigate the effect of the boundary end conditions for the dynamic responses of the buried pipeline, we have devised a computer program to find the solutions of the formulae on the dynamic responses (displacements, axial strains, and bending strains) under the various boundary end conditions considered in this study, The dynamic behavior of the buried pipelines for the forced vibration is found to exhibit two different forms, a transient response and a steady state response, depending on the time before and after the transfer of a seismic wave on the end of the buried pipeline. We have observed a resonance when the mode wavelength matches the wavelength of the seismic wave, where the mode number(k) of resonance f3r the axial direction. On the other hand, we have not been able to observe a resonance in the analysis of the transverse direction, because the dynamic responses are found to vanish after the seventh mode. From the results of the dynamic responses at many points of the pipeline, we have found that the responses appeared to be dependent critically on the boundary end conditions. Such effects are found to be most prominent especially for the maximum values of the displacement, the strain and its position.
Park, Kyu-Sik;Choi, Han-Suk;Kim, Do-Kyun;Yu, Su-Young;Kang, Soo-Chang
Journal of Ocean Engineering and Technology
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제29권1호
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pp.16-27
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2015
The design challenges when attempting to obtain sufficient strength for a deepwater steel catenary riser (SCR) include high stress near the hang-off location, an elevated beam-column buckling load due to the effective compression in the touchdown zone (TDZ), and increased stress and low-cycle fatigue damage in the TDZ. Therefore, a systematic strength analysis is required for the proper design of an SCR. However, deepwater SCR analysis is a new research area. Thus, the objective of this study was to develop an overall analysis procedure for a deepwater SCR. The structural behavior of a deepwater SCR under various environmental loading conditions was investigated, and a sensitivity analysis was conducted with respect to various parameters such as the SCR weight, weight of the internal contents, hang-off angle (HOA), and vertical soil stiffness. Based on a deepwater SCR design example, it was found that the maximum stress of an SCR occurred at a hang-off location under parallel loading direction with respect to the riser plane, except for a wave dominant dynamic survival loading condition. Furthermore, the tensile stress governed the total stress of the SCRs, whereas the bending stress governed the total stress at the TDZ. The weight of the SCR and internal contents affected the maximum stress of the SCR more than the HOA and vertical soil stiffness, because the weight of the SCR, including the internal contents, was directly related to its tensile stress.
This research has been executed for maximization of lumber yield and more efficient use of small diameter logs. Sample logs from thinnings carne from densed artificial stands at the Kwangnung Experimental Forests situated in the central region of Korean peninsula. Species of sample logs were obtained to execute sawing and strength test for larch, and lumber strength test in full size for pitch pine and Korean pine. A survey on sawmills consuming domestic logs was carried out to know sawmill production, costs and utilization structure of lumber as a guide to business analysis. Results showed that sawing pattern from small logs less than 15cm in diameter was necessary to cut 9cm by 9cm square per one log in order to obtain high lumber recovery and provide for wide market needs. The total lumber yield of squares plus side boards was 56 percent to 58 percent from small logs and the yield for log sweep in 30 percent decreased by 24.5 percent in sawing production, compared to yield for straight logs. In sawing efficiency, production of lumber by twin band saw could be improved 238 percent higher than lumber of the same species produced by conventional sawmilling methods, and sawing accuracy with twin band saw was much higher at the lumber production than band saw. Lumber from the small larch logs has shown 70 knots per $m^2$ on its faces and also lumber showed lots of face checkings by air drying on the yard, compared to other species. MOR in bending of lumber in full size from small logs of larch was found ranging from 380kg/$cm^2$ to 460kg/$cm^2$, resulting in 40 percent less than the strength from clear small specimens. In lumber containing knots, cross grain, etc, longitudinal stress wave speed was delayed about 48 percent by defects in lumber from both larch and pitch pine logs. The surveyed sample sawmills consumed the domestic logs at the rate of 54 percent to 84 percent in the total timber consumption, showing high consumption at mills located in the mountains.
An improved method is presented to estimate the axial force of a bar member with vibrational measurements based on modified Timoshenko beam theory. Bending stiffness effects, rotational inertia, shear deformation, rotational inertia caused by shear deformation are all taken into account. Axial forces are estimated with certain natural frequency and corresponding mode shape, which are acquired from dynamic tests with five accelerometers. In the paper, modified Timoshenko beam theory is first presented with the inclusion of axial force and rotational inertia effects. Consistent mass and stiffness matrices for the modified Timoshenko beam theory are derived and then used in finite element simulations to investigate force identification accuracy under different boundary conditions and the influence of critical axial force ratio. The deformation coefficient which accounts for rotational inertia effects of the shearing deformation is discussed, and the relationship between the changing wave speed and the frequency is comprehensively examined to improve accuracy of the deformation coefficient. Finally, dynamic tests are conducted in our laboratory to identify progressive axial forces of a steel plate and a truss structure respectively. And the axial forces identified by the proposed method are in good agreement with the forces measured by FBG sensors and strain gauges. A significant advantage of this axial force identification method is that no assumption on boundary conditions is needed and excellent force identification accuracy can be achieved.
A loose part monitoring system is used to detect unexpected loose parts in a reactor coolant system in a nuclear power plant. It is still necessary to develop a new methodology for the localization and mass estimation of loose parts owing to the high estimation error of conventional methods. In addition, model-based diagnostics recently emphasized the importance of a model describing the behavior of a mechanical system or component. The purpose of this study is to propose a new localization and mass-estimation method based on finite element analysis (FEA) and optimization technique. First, an FEA model to simulate the propagation behavior of the bending wave generated by a metal sphere impact is validated by performing an impact test and a corresponding FEA and optimization for a downsized steam-generator structure. Second, a novel methodology based on FEA and optimization technique was proposed to estimate the impact location and mass of a loose part at the same time. The usefulness of the methodology was then validated through a series of FEAs and some blind tests. A new feature vector, the cross-correlation function, was also proposed to predict the impact location and mass of a loose part, and its usefulness was then validated. It is expected that the proposed methodology can be utilized in model-based diagnostics for the estimation of impact parameters such as the mass, velocity, and impact location of a loose part. In addition, the FEA-based model can be used to optimize the sensor position to improve the collected data quality in the site of nuclear power plants.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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한국지반공학회 2005년도 춘계 학술발표회 논문집
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pp.1148-1158
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2005
This work reports results of our study on the dynamic responses of the buried pipelines both along the axial and the transverse directions under various boundary end conditions. We have considered three cases, i.e., the free ends, the fixed ends, and the fixed-free ends. We have studied the seismic responses of the buried pipelines with the various boundary end conditions both along the axial and the transverse direction. We have considered three cases, i.e., the free ends, the fixed ends, and the fixed-free ends for the axial direction, and three more cases including the guided ends, the simply supported ends, and the supported-guided ends for the transverse direction. The buried pipelines are modeled as beams on elastic foundation while the seismic waves as a ground displacement in the form of a sinusoidal wave. The natural frequency and its mode, and the effect of parameters have been interpreted in terms of free vibration. The natural frequency varies most significantly by the soil stiffness and the length of the buried pipelines in the case of free vibration, which increases with increasing soil stiffness and decreases with increasing length of the buried pipeline. Such a behavior appears most prominently along the axial rather than the transverse direction of the buried pipelines. The resulting frequencies and the mode shapes obtained from the free vibration for the various boundary end conditions of the pipelines have been utilized to derive the mathematical formulae for the displacements and the strains along the axial direction, and the displacements and the bending strains along the transverse direction in case of the forced vibration. The negligibly small difference of 6.2% between our result and that of Ogawa et. al. (2001) for the axial strain with a one second period confirms the accuracy of our approach in this study.
In this paper, a disk-type ultrasonic motor using a combination of radial and bending vibration modes is newly designed and fabricated. The characteristics of the test motor are also measured. By means of traveling elastic wave induced at the surface of circumference of the elastic disk, a steel bar in contact with the surface of circumference of the elastic disk bonded onto the piezoelectric ceramic disks is driven in both directions by changing the sine and cosine voltage inputs. The stator of the motor is composed of two sheets of piezoelectric ceramic disks to bond onto both surfaces of an elastic disk, respectively. As a result, the diameter of the elastic body is increased and the resonant frequency is decreased. The resonant frequency of the stator is about 92 kHz, which is composed with piezoelectric ceramic disks of 28 mm in diameter and 2 mm in thickness, and an elastic body of 32 mm in diameter and 2 mm in thickness. A driving voltage of 20 VPP Produces 200 rpm with a torque of 1Nm and an efficiency of about 10%.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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제43권11호
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pp.8-13
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2006
Recent RF SAW filters are made using a HTCC package with a CSP(chip scale Package) technology. This paper describes a development of a new $1.4{\times}1.1\;and\;2.0{\times}1.4mm$ RF SAW liters made by PCB substrate instead of HTCC package, and this technology can reduce the cost of materials down to 40%. We have investigated the multi-layered PCB substrate structures and raw materials to find out the optimal flip-bonding condition between the $LiTaO_3$ wafer and PCB substrates. Also the optimal materials and processing conditions of epoxy laminating film were found out through the experiments which can reduce the bending moment caused by the difference of the thermal expansion between the PCB substrate and laminating film. The new PCB SAW filter shows good electrical and reliability performances with respect to the present SAW filters.
A thermally driven polysilicon micro actuator has been fabricated using surface micromachining techniques. It consists of P-doped polysilicon as a structural layer and TEOS (tetracthylorthosilicate) as a sacrificial layer. The polysilicon was annealed for the relaxation of residual stress which is the main cause to its deformation such as bending and buckling. And the newly developed HF VPE (vapor phase etching) process was also used as an effective release method for the elimination of sacrificial TEOS layer. The thickneas of polysilicon is $2{\mu}m$ and the lengths of active and passive polysilicon cantilevers are $500{\mu}m$ and $260{\mu}m$, respectively. The actuation is incurred by die thermal expansion due to the current flow in the active polysilicon cantilever, which motion is amplified by lever mechanism. The moving distance of polysilicon micro actuator was experimentally conformed as large as $21{\mu}m$ at the input voltage level of 10V and 50Hz square wave. The actuating characteristics are investigated by simulating the phenomena of heat transfer and thermal expansion in the polysilicon layer. The displacement of actuator is analyzed to be proportional to the square of input voltage. These micro actuator technology can be utilized for the fabrication of MEMS (microelectromechanical system) such as micro relay, which requires large displacement or contact force but relatively slow response.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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