Moreno-Navarro, Pablo;Perez-Aparicio, Jose L.;Gomez-Hernandez, J.J.
Coupled systems mechanics
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v.11
no.2
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pp.151-166
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2022
Peltier cells have low efficiency, but they are becoming attractive alternatives for affordable and environmentally clean cooling. In this line, the current article develops closed-form and semianalytical solutions to improve the temperature distribution of Bi2Te3 thermoelements. From the distribution, the main objective of the current work-the optimal electric intensity to maximize cooling-is inferred. The general one-dimensional differential coupled equation is integrated for linear and quadratic geometry of thermoelements, under temperature constant properties. For a general shape, a piece-wise solution based on heat flux continuity among virtual layers gives accurate analytical solutions. For variable properties, another piece-wise solution is developed but solved iteratively. Taking advantage of the formulae, the optimal intensity is directly derived with a minimal computational cost; its value will be of utility for more advanced designs. Finally, a parametric study including straight, two linear, barrel, hourglass and vase geometries is presented, drawing conclusions on how the shape of the thermoelement affects the coupled phenomena. A specially developed coupled and non-linear finite element research code is run taking into account all the materials of the cell and using symmetries and repetitions. These accurate results are used to validate the analytical ones.
Cavus, Yakup Harun;Kupeli, Togay;Yayli, Mustafa Ozgur
Coupled systems mechanics
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v.11
no.4
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pp.335-355
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2022
It's important to note that the number of studies on the lateral vibration of steel liquid storage tanks has been quite modest in the past. The aim of this research has to look at the variables that affect vibration of storage tanks and to highlight the characteristics of a construction that hasn't received much attention in the literature. The storage tank has pre-sized in the study, and aluminum and steel have chosen as components. The specified material qualities and the factors utilized in the investigation has used to calculate vibration frequency values. The resulting calculations are backed up by tables and graphs, and it's an important to look into the parameters that affect the vibration frequencies that will occur on the designed storage tank vary. In the literature, water tanks are usually modelled as lumped masses. The horizontal stiffness of the column on which it is placed is assumed to be constant throughout. This is an approximation method of solving this problem. The column is handled in this study with a more realistic approach that fits the continuum mechanics in the analysis. The reservoir part is incorporated directly into the problem as the boundary condition.
Fenollosa, Ernesto;Gil, Enrique;Cabrera, Ivan;Vercher, Jose
Steel and Composite Structures
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v.19
no.4
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pp.861-876
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2015
Composite sections design consists on checking that the point defined by axial load and bending moment keeps included within the surface enclosed by the section interaction curve. Eurocode 4 suggests a method for tracing this diagram based on the plastic stress distribution method. However curves obtained according to this criterion overvalue concrete encased sections bearing capacity, especially when axial force comes with high bending moment values, so a correction factor is required. This article proposes a method for tracing this diagram based on the strain compatibility method. When stresses on the section are integrated by considering the Navier hypothesis, the use of the materials nonlinear constitutive equations provides curves much more adjusted to reality. This process requires the use of rather complex software which might reveal as too complex for practitioners. Preserving the same criteria of an elastic-plastic stress distribution, this article presents alternative expressions to obtain the failure internal forces in five significant points of the interaction diagram having considered five different positions of the neutral axis. These expressions are simply enough for their practical application. Concordance of curves traced strictly relying on these five points with those obtained by computer assisted stress integration considering the strain compatibility method and even with Eurocode 4 weighted curves will be presented for three different cross-sections and two different concrete strengths, revealing very good results.
Park, Kook-Jin;Kang, Hee-Jin;Shin, Sangjoon;Choi, Ik-Hyun;Kim, Minki;Kim, Seung-Jo
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.42
no.11
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pp.927-936
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2014
This paper presents development and verification of the progressive failure analysis upon the composite laminates. Strength and stiffness of the fiber-reinforced composite are analyzed by property degradation approach with emphasis on the material nonlinearity and continuum damage mechanics (CDM). Longitudinal and transverse tensile modes derived from Hashin's failure criterion are used to predict the thresholds for damage initiation and growth. The modified Newton-Raphson iterative procedure is implemented for determining nonlinear elastic and viscoelastic constitutive relations. Laminar properties of the composite are obtained by experiments. Prediction on the un-notched tensile (UNT) specimen is performed under the laminate level. Stress-strain curves and strength results are compared with the experimental measurement. It is concluded that the present nonlinear CDM approach is capable of predicting the strength and stiffness more accurately than the corresponding linear CDM one does.
Proceedings of the Korean Society for Rock Mechanics Conference
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2000.09a
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pp.105-115
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2000
As large underground projects such as radioactive waste disposal, hot water and heat storage, and geothermal energy become influential, the study, which consider all aspects of thermics, hydraulics and mechanics would be needed. Thermo Hydro-Mechanical coupling analysis is one of the most complex numerical technique because it should be implemented with the combined three governing equations to analyze the behavior of rock mass. In this study, finite element code, which is based on Biot's consolidation theory, was developed to analyze the thermo-hydro-mechanical coupling in continuum rock mass. To verify the implemented program, one-dimensional consolidation model under the isothermal and non-isothermal conditions was analyzed and was compared with the analytic solution. The parametric study on two-dimensional consolidation was also performed and the effects of several factors such as poisson's ratio and hydraulic anisotropy on rock mass behavior were investigated. In the future, this program would be revised to be used for analysis of general discontinuous media with incorporating discrete joint model.
Kordkheili, Seyed Ali Hosseini;Mousavi, Taha;Bahai, Hamid
Structural Engineering and Mechanics
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v.66
no.5
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pp.621-629
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2018
By employing the nonlocal continuum field theory of Eringen and Von Karman nonlinear strains, this paper presents an analytical model for linear and nonlinear dynamics analysis of single-walled carbon nanotubes (SWNTs) conveying fluid with different boundary conditions. In the linear analysis the natural frequencies and critical flow velocities of SWNTs are computed. However, in the nonlinear analysis the effect of nonlocal parameter on nonlinear dynamics of cantilevered SWNTs conveying fluid is investigated by using bifurcation diagram, phase plane and Poincare map. Numerical results confirm existence of chaos as well as a period-doubling transition to chaos.
Mechanical behavior in nano-sized structures differs from those in macro sized structures due to surface effect. As the ratio of surface to volume increases, surface effect is not negligible and causes size-dependent mechanical behavior. In order to identify this size effect, atomistic simulations are required; however, it has many limitations because too much computational resource and time are needed. To overcome the restrictions of the atomistic simulations and graft the well-established continuum theories, the continuum model considering surface effect, which is based on the bridging technique between atomistic and continuum simulations, is introduced. Because it reflects the size effect, it is possible to carry out a variety of analysis which is intractable in the atomistic simulations. As a part of the application examples, the homogenization method is applied to micro/nano thin films with porosity and the homogenized elastic coefficients of the nano scale thickness porous films are computed in this paper.
Topology optimization of steel and concrete composite based on truss-like material model is studied in this paper. First, the initial design domain is filled with concrete, and the steel is distributed in it. The problem of topology optimization is to minimize the volume of steel material and solved by full stress method. Then the optimized steel and concrete composite truss-like continuum is obtained. Finally, the distribution of steel material is determined based on the optimized truss-like continuum. Several numerical results indicate the numerical instability and rough boundary are settled. And more details of manufacture and construction can be presented based on the truss-like material model. Hence, the truss-like material model of steel and concrete is efficient to establish the distribution of steel material in concrete.
The present paper will be concerned to the investigation of the stress-strain field around the cavity that is loaded or partially loaded at the inner surface by the rotationally symmetric loading. The cavity of the spherical, cylindrical or elliptical shape is situated in a stressed elastic continuum, subjected to the gravitation field. As the contribution to the similar investigations, the paper introduces the new function of loading in the form of the infinite sine series. Besides, in this paper the solution of stresses around an oblong ellipsoid cavity, has been obtained using appropriate curvilinear elliptical coordinates. This analytical approach avoids the solutions of the same problem that lead to expressions that contain rather complex integrations. Thus the presented solutions provide the applicable and explicit expressions for stresses and strains developed in infinite series with easily determinable coefficients by the use of contemporary mathematical packages. The numerical examples are also included to confirm the convergence of the obtained solutions.
This paper deals with numerical modeling of dynamic failure phenomena in rate-sensitive brittle and/or ductile materials. To this end, a two-dimensional continuum viscodamage-embedded discontinuity model, which is based on our previous work (see Do et al. 2017), is developed. More specifically, the pre-peak nonlinear and rate-sensitive hardening response of the material behavior, representing the fracture-process zone creation, is described by a rate-dependent continuum damage model. Meanwhile, an embedded displacement discontinuity model is used to formulate the post-peak response, involving the macro-crack creation accompanied by exponential softening. The numerical implementation in the context of the finite element method exploiting the second-order mid-point scheme is discussed in detail. In order to show the performance of the model several numerical examples are included.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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