A. Mondal;S. Chatterjee;A. McDonald Tariang;L. Prince Raj;K. Debnath
Advances in aircraft and spacecraft science
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제10권2호
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pp.107-125
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2023
Drag reduction is significant research in aircraft design due to its effect on the cost of operation and carbon footprint reduction. Aircraft currently use conventional solid winglets to reduce the induced drag, adding extra structural weight. Fluidic on-demand winglets can effectively reduce drag for low-speed flight regimes without adding any extra weight. These utilize the spanwise airflow from the wingtips using hydraulic actuators to create jets that negate tip vortices. This study develops a computational model to investigate fluidic on-demand winglets. The well-validated computational model is applied to investigate the effect of injection velocity and angle on the aerodynamic coefficients of a rectangular wing. Further, the turbulence parameters such as turbulent kinetic energy (TKE) and turbulent dissipation rate are studied in detail at various velocity injections and at an angle of 30°. The results show that the increase in injection velocity shifted the vortex core away from the wing tip and the increase in injection angle shifted the vortex core in the vertical direction. Further, it was found that a 30° injection is efficient among all injection velocities and highly efficient at a velocity ratio of 3. This technology can be adopted in any aircraft, effectively working at various angles of attack. The culmination of this study is that the implementation of fluidic winglets leads to a significant reduction in drag at low speeds for low aspect ratio wings.
Generally, over 95% of manufacturing cost is determined in the design and manufacturing preparation step, especially a great part of productivity is determined in the manufacturing preparation step. In order to improve the manufacturing competitiveness, we have to verify the problems that can be occurred in the production step and remove the unnecessary factors in the manufacturing preparation step. Thus, manufacturing industries are adopting digital manufacturing system based on modeling & simulation. In this paper, we introduce e-FEED system (electronic based Front End Engineering and Design) that is the integrated design and analysis system for optimized manufacturing line development based on simulation automation and explain the work process (Design, Analysis and Optimization) about manufacturing line development using e-FEED system. Also, the effect is described through the real implementation cases.
In order to reduce the dependency on fossil fuels, a policy to increase the production capacity of wind turbine is set up. This can be achieved with increasing the dimensions of offshore wind turbine blades. However, this increase in size implies serious problems of stability and durability. Considering the cost of large turbines and financial consequences of their premature failure, it is imperative to carry out numerical simulations over long periods. Here, an energy-conserving time-stepping scheme is proposed in order to ensure the satisfying computation of long-term response. The proposed scheme is implemented for three-dimensional solid based on Biot strain measures, which is used for modeling flexible blades. The simulations are performed at full spatial scale. For reliable design process, the wind loads should be represented as realistically as possible, including the fluid-structure interaction (FSI) dynamic effects on wind turbine blades. However, full-scale 3D FSI simulations for long-term wind loading remain of prohibitive computation cost. Thus, the model to quantify the wind loads proposed here is a simple, but not too simple to be representative for preliminary design studies.
Structural members commonly employed in marine and off-shore structures are usually fabricated from plates and shells. Collision of this class of structures is usually modeled as plate and shell structures subjected to dynamic impact loading. The understanding of the dynamic response and energy transmission of the structures subjected to low velocity impact is useful for the efficient design of this type of structures. The transmissions of transient energy flow and dynamic transient response of these structures under low velocity impact are presented in the paper. The structural intensity approach is adopted to study the elastic transient dynamic characteristics of the plate structures under low velocity impact. The nine-node degenerated shell elements are adopted to model both the target and impactor in the dynamic impact response analysis. The structural intensity streamline representation is introduced to interpret energy flow paths for transient dynamic response of the structures. Numerical results, including contact force and transient energy flow vectors as well as structural intensity stream lines, demonstrate the efficiency of the present approach and attenuating impact effects on this type of structures.
선형탄성파괴역학에서 특히 균열 쉘의 응력집중계수 산정을 위해 p-version 유한요소법에 기초한 선진유한요소기법이 제안되었다. 세가지 균열된 쉘 예제를 통해 응력집중계수 산정은 종래의 h-version 유한요소모델에 비하여 p-version 유한요소 모델이 수렴성과 정확도 면에서 훨씬 더 적합함을 보여주고 있다. 이 기법의 주요 이점은 근사해의 정확도가 요소분할이나 균열선단요소 또는 혼합형 변분원리등의 특별고려가 없이 확보될 수 있다는데 있다.
In this paper, three dimensional linear conforming variable-finite elements are presented with the aid of a smoothed integration (a class of stabilized conforming nodal integration), for mnltiscale mechanics problems. These elements meet the desirable properties of an interpolation such as the Kronecker delta condition, the partition of unity condition and the positiveness of interpolation function. The necessary condition of linear exactness is fully relaxed by employing the smoothed integration, which renders us to meet the linear exactness in a straightforward manner. This novel element description extend the category of the conventional finite elements space to ration type function space and give the flexibility on the number of nodes of element which are fixed in the conventional finite elements. Several examples are provided to show the convergence and the accuracy of the proposed elements, and to demonstrate their potential with emphasis on the multiscale mechanics problems such as global/local analysis, nonmatching contact problems, and modeling of composite material with defects.
According to previous research, welding-induced stress in steel structures can significantly affect the fatigue behaviour; it produces initial damage of weldiug part of structure locally and residual stresses reduce the fatigue strength after welding precess. In this study, through continuum damage mechanics, we can estimate the weldiug damage using the stress and strain history during welding process and the effect of welding residual stress for assessment of fatigue life. The variation of welding-induced stresses and strains need be traced precisely in advance for a reliable weldiug damage assessment. In this study, a damage and fatigue analysis techniques for steel structures with welding-induced residual stress are presented. First, We calculate the history of temperature according with welding process. And residual stress with a welding thermal history was evaluated by non-linear thermal stress analysis. Secondly, welding damage and fatigue life are estimated with kinetic damage law.
In this study, the failure behavior of composite material in the biaxial and off-axis loading is studied based on a computational micromechanical model. The model is developed so that the combination of mechanical and thermal loading conditions can be considered in the analysis. The modified generalized plane strain assumption of the theory of elasticity is used for formulation of the micromechanical modeling of the problem. A truly meshless method is employed to solve the governing equation and predict the distribution of micro-stresses in the selected RVE of composite. The fiber matrix interface is assumed to be perfect until the interface failure occurs. The biaxial and off-axis loading of the SiC/Ti and Kevlar/Epoxy composite is studied. The failure envelopes of SiC/Ti and Kevlar/Epoxy composite in off-axis loading, biaxial transverse-transverse and axial-transverse loading are predicted based on the micromechanical approach. Various failure criteria are considered for fiber, matrix and fiber-matrix interface. Comparison of results with the available results in the litreture shows excellent agreement with experimental studies.
Fracture behavior of brittle solids such as rocks, ceramics and concrete is closely related to microcracking. A meso-scale analysis method using the natural element method is proposed for the analysis of material damage of brittle microcracking solids. The microcracking is assumed to occur along Voronoi edges in the Voronoi diagram generated using the nodal points as the generators. The mechanical effect of microcracks is considered by controlling the material constants in the neighborhood of the microcracks. The proposed meso analysis method is applied to the simulation of the microcracking behaviors of brittle solids subjected to uniaxial and biaxial macrostress. The obtained results are in good agreement with the results by computational damage mechanics model. The validity of the proposed method has been demonstrated by these numerical examples.
International Journal of Vascular Biomedical Engineering
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제2권1호
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pp.1-10
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2004
Circulatory disease is the number two cause of death next to cancer in Korea, while the cardiovascular disease alone is the number one cause of death in the US. In the present article, some background, current status and future prospects of biomedical engineering esearch on circulatory disorders are discussed in terms of the origin of atherosclerosis, computational fluid dynamics and medical imaging techniques, clinical treatments and fluid dynamics, advances in stents, hemodynamic analysis of artificial heart, and artificial blood. In particular, the importance of close collaboration of medicine and fluids engineering is emphasized.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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