This work aims to present a solution for the buckling behavior of perforated nano/microbeams with deformable boundary conditions using nonlocal strain gradient theory (NLSGT). For the first time, a solution that can provide buckling loads based on the non-local and strain gradient effects of perforated nanostructures on an elastic foundation, while taking into account both deformable and rigid boundary conditions. Stokes' transformation and Fourier series are used to realize this aim and determine the buckling loads under various boundary conditions. We employ the NLSGT to account for size-dependent effects and utilize the Winkler model to formulate the elastic foundation. The buckling behavior of the perforated nano/microbeams restrained with lateral springs at both ends is studied for various parameters such as the number of holes, the length and filling ratio of the perforated beam, the internal length, the nonlocal parameter and the dimensionless foundation parameter. Our results indicate that the number of holes and filling ratio significantly affect the buckling response of perforated nano/microbeams. Increasing the filling ratio increases buckling loads, while increasing the number of holes decreases buckling loads. The effects of the non-local and internal length parameters on the buckling behavior of the perforated nano/microbeams are also discussed. These material length parameters have opposite effects on the variation of buckling loads. This study presents an effective eigenvalue solution based on Stokes' transformation and Fourier series of the restrained nano/microbeams under the effects of elastic medium, perforation parameters, deformable boundaries and nonlocal strain gradient elasticity for the first time.
Jianshuo Wang;Tinghao Meng;Zechao Zhang;Zhihua Chen;Hongbo Liu
Earthquakes and Structures
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v.26
no.4
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pp.261-267
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2024
With the increase in the exploitation depth of offshore oil and gas, it is possible to control the global buckling of deep-sea pipelines by the snake lay method. Previous studies mainly focused on the analysis of critical buckling force and critical temperature of pipelines under the snake-like laying method, and pipelines often suffer structural failure due to seismic disasters during operation. Therefore, seismic action is a necessary factor in the design and analysis of submarine pipelines. In this paper, the seismic action of steel pipes in the operation stage after global buckling has occurred under the active control method is analyzed. Firstly, we have established a simplified finite element model for the entire process cycle and found that this modeling method is accurate and efficient, solving the problem of difficult convergence of seismic wave and soil coupling in previous solid analysis, and improving the efficiency of calculations. Secondly, through parameter analysis, it was found that under seismic action, the pipe diameter mainly affects the stress amplitude of the pipeline. When the pipe wall thickness increases from 0.05 m to 0.09 m, the critical buckling force increases by 150%, and the maximum axial stress decreases by 56%. In the pipe soil interaction, the greater the soil viscosity, the greater the pipe soil interaction force, the greater the soil constraint on the pipeline, and the safer the pipeline. Finally, the pipeline failure determination formula was obtained through dimensionless analysis and verified, and it was found that the formula was accurate.
When exposed to uniform magnetic fields externally applied, paramagnetic particles acquire dipole moments and the induced moments interacting with each other lead to the formation of chainlike structures or clusters of particles aligned with the field direction. A direct simulation method, based on the Maxwell stress tensor and a fictitious domain method, is applied to solve flows with magnetic chains in simple shear flow. We assumed that the particles constituting the chains are paramagnetic, and inertia of both flow and magnetic particles is negligible. The numerical scheme enables us to take into account both hydrodynamic and magnetic interactions between particles in a fully coupled manner, enabling us to numerically visualize breakup and reformation of the chains by the combined effect of the external field and the shear flow. Simple shear flow with suspended magnetic chains is solved in a periodic domain for a given magnetic field. Dynamics of interacting magnetic chains is found to be significantly affected by a dimensionless parameter called the Mason number, the ratio of the viscous force to the magnetic force in the shear flow. The effect of particle area fraction on the chain dynamics is investigated as well.
In this research, effects of profile changes of stem section of the plunger on the lubrication characteristics of a fuel injection pump (FIP) were evaluated by hydrodynamic lubrication analysis. The clearance between plunger and barrel was divided into two regions, head and stem. The head was not involved in preventing a decrease of fuel oil pressure. So, research efforts were focused on both edges of the plunger’s stem. The two -dimensional Reynolds equation was used to evaluate lubrication characteristics with variations in viscosity, clearance and profile for a laminar, incompressible, unsteady-state flow. Moreover, the equilibrium equation of moment and forces in the vertical and horizontal directions were used to determine the motion of the plunger. The equations were discretized using the finite difference method. Lubrication characteristics of the FIP were investigated by comparing the dimensionless minimum film thickness, or film parameter, which is the ratio of minimum film thickness to surface roughness. Through numerical analyses, we showed that the profile of the lower edge of the stem had no effect on lubrication characteristics, but the profile of the upper edge had a significant influence on lubrication characteristics. In addition, changes in the profile were more effective in improving lubrication characteristics under low viscosity conditions.
Direct ECC bypass phenomena that occur in a reactor vessel downcomer with a Direct Vessel Injection (DVI) system during the reflood phase of a Large Break Loss-of-Coolant Accident (LBLOCA) are experimentally investigated using a transparent l/7.5 scaled down test facility of the Upper Plenum Test Facility (UPTF). A series of separate effect tests are peformed in order to investigate the mechanisms of direct ECC bypass and to find out its scaling parameters. Various flow regimes and phasic distribution in downcomer are identified and mapped, and the fraction of direct ECC bypass is measured under a wide range of air and water injection conditions. From the counterpart test of the UPTF Test 21-D, the dimensionless gas velocity ( $j^{*}$$_{g,eff}$) is derived experimentally, which is believed to be a major scaling parameter for the fraction of direct ECC bypass. And it is found out that the direct ECC bypass is greatly affected by the spreading width of ECC water film and the geometric configuration of the downcomer.r.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2000.10a
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pp.33-36
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2000
The dynamic recrystallization (DRX) of medium carbon steels (SCM 440 and POSMA45) was studied with torsion test in the temperature range of $900-1100^{\circ}C$ and the strain rate range of $5.0x10^{-2}\;-\;5.0x10^0/sec$. To establish the quantitative equations for DRX, the evolution of flow stress curve with strain was analyzed. The critical strain (${\varepsilon}_c$) and strain for maximum softening rate ( ${\varepsilon}^{*}$) could be confirmed by the analysis of work hardening rate ($d{\sigma}/d{\varepsilon}\;=\; \theta$). The volume fraction of dynamic recrystallization ($X_{DRX}$) as a function of processing variables, such as strain rate ( $\dot{\varepsilon}$ ), temperature (T), and strain ( $\varepsilon$ ) were established using the ${\varepsilon}_c$ and ${\varepsilon}^{*}$. For the exact prediction, the ${\varepsilon}_c$, ${\varepsilon}^{*}$ and Avrami' exponent (m') were quantitatively expressed by dimensionless parameter, Z/A respectively. The transformation-effective strain-temperature curve for DRX could be composed. It was found that the calculated results were agreed with the experimental data for the steels at any deformation conditions.
We have examined consequences of strong tidal encounters between a neutron star and a normal star using SPH as a possible formation mechanism of isolated recycled pulsars in globular clusters. We have made a number of SPH simulations for close encounters between a main-sequence star of mass ranging from 0.2 to 0.7 $M_\bigodot$ represented by an n=3/2 poly trope and a neutron star represented by a point mass. The outcomes of the first encounters are found to be dependent only on the dimensionless parameter $\eta'{\equiv}(m/(m+ M))^{1/2}(\gamma_{min}/R_{MS})^{3/2}(m/M)^{{1/6)}$, where m and M are the mass of the main-sequence star and the neutron star, respectively, $\gamma_{min}$ the minimum separation between two stars, and $R_{MS}$ the size of the main-sequence star. The material from the (at least partially) disrupted star forms a disk around the neutron star. If all material in the disk is to be acctreted onto the neutron star's surface, the mass of the disk is enough to spin up the neutron star to spin period of 1 ms.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.7
no.4
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pp.160-173
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2014
Surge phenomena in multi-stage axial flow compressors were studied with attention to the frequency behaviors. A new parameter "volume-modified reduced surge frequency" was introduced, which took into consideration the essential surge process, i.e., emptying and filling of the working gas in the delivery plenum. The behaviors of the relative surge frequencies at the stall stagnation boundaries, compared with the corresponding duct resonance frequencies, have demonstrated the existence of two types of surges; i.e., a near-resonant surge and a subharmonic surge. The former, which has fundamentally a near-resonance frequency, occurs predominantly at the stall stagnation boundary for the short -and-fat plenum delivery flow-path and the long-and-narrow delivery duct flow-path, and possibly in the intermediate conditions. The latter, which has a subharmonic frequency of the fundamental near-resonant one and occurs mainly in the intermediate zone, is considered to be caused by the reduced frequency restricted to a limited range. In relation with those dimensionless frequencies at the stall stagnation boundary, the surge frequency behaviors in more general situations away from the boundaries could be estimated, though very roughly.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.9
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pp.2404-2412
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1994
A mathematical model has been developed for predicting kinematic, thermal, and solidification histories of atomized droplets during flight. Liquid droplet convective cooling, recalescence, equilibrium-state solidification, and solid-phase cooling were taken into account in the analysis of the solidification process. The spherical shell model was adopted where the heterogeneous nucleation is initiated from the whole surface of a droplet. The growth rate of the solid-liquid interface was determined from the theory of crystal growth kinetics with undercooling caused by the rapid solidification. The solid fraction after recalescence was obtained by using the integral method. The thermal responses of atomized droplets to gas velocity, particle size variation, and degree of undercooling were investigated through the parametric studies. It is possible to evaluate the solid fraction of the droplet according to flight distance and time in terms of a dimensionless parameter derived from the overall energy balance of the system. It is also found that the solid fraction at the end of recalescence is not dependent on the droplet size and nozzle exit velocity but on the degree of subcooling.
Sea waves induce significant pressures on coastal surfaces, especially on rocky vertical cliffs or breakwater structures (Peregrine 2003). In the present work, this hydrodynamic pressure is considered as the excitation acting on a piezoelectric material sheet, installed on a vertical cliff, and connected to an external electric circuit (on land). The whole hydro/piezo/electric system is modeled in the context of linear wave theory. The piezoelectric elements are assumed to be small plates, possibly of stack configuration, under a specific wiring. They are connected with an external circuit, modeled by a complex impedance, as usually happens in preliminary studies (Liang and Liao 2011). The piezoelectric elements are subjected to thickness-mode vibrations under the influence of incident harmonic water waves. Full, kinematic and dynamic, coupling is implemented along the water-solid interface, using propagation and evanescent modes (Athanassoulis and Belibassakis 1999). For most energetically interesting conditions the long-wave theory is valid, making the effect of evanescent modes negligible, and permitting us to calculate a closed-form solution for the efficiency of the energy harvesting system. It is found that the efficiency is dependent on two dimensionless hydro/piezo/electric parameters, and may become significant (as high as 30 - 50%) for appropriate combinations of parameter values, which, however, corresponds to exotically flexible piezoelectric materials. The existence or the possibility of constructing such kind of materials formulates a question to material scientists.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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