Choi, Eun-Ji;Wang, Jing;Yoon, Ji-Hwan;Shim, Sang-Eun;Yun, Ju-Ho;Kim, Il
Clean Technology
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v.17
no.1
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pp.1-12
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2011
Scientists and engineers have altered the properties of materials such as metals, alloys, polymers, ceramics, and so on, to suit the ever changing needs of our society. Man-made engineering materials generally demonstrate excellent mechanical properties, which often tar exceed those of natural materials. However, all such engineering materials lack the ability of self-healing, i.e. the ability to remove or neutralize microcracks without intentional human interaction. The damage management paradigm observed in nature can be reproduced successfully in man-made engineering materials, provided the intrinsic character of the various types of engineering materials is taken into account. Various self-healing ptotocols that can be applied for the organic materials such as polymers, ionomers and composites can be developed by utilizing suitable chemical reactions and physical intermolecular interactions.
Kim, Yeon-Whan;Kim, Kye-Yean;Bae, Chun-Hee;Lee, Young-Shin
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.18
no.9
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pp.937-942
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2008
This paper presents a case history on failures of impeller and shaft due to pressure pulsation at single stage feed water pumps in 700 MW nuclear power plant during commissioning operation. The pumps had been service and had run for approximately $40{\sim}50$ hours. For the most part, the failures of impeller occurred with the presence of a number of fatigue cracks. All cracks were associated with the deleterious surface layer of impeller by visual and metallurgical examination. On-site testing and analytical approach was performed on the systems to diagnose the problem and develop a solution to reduce the effect of exciting sources. A major concern at high-energy centrifugal pump is the pressure pulsation created from trailing edge of the Impeller blade, flow separation and recirculation at centrifugal pumps of partial load. Pressure pulsation due to the interaction generating between impeller and casing coincided with natural frequencies of the impeller and shaft system during 1ow load operation. It was identified that dynamic stress exceeding the fatigue strength of the material at the thin shroud section due to the hydraulic instability at running condition below BEP.
Fruit and vegetables are subjected to complex dynamic stresses in the transportation environment. During a long journey from the production area to customers using parcel delivery service, there is always some degree of vibration present. Vibration inputs are transmitted from the vehicle through the packaging to the fruit. Inside, these cause sustained bouncing of fruits against each other and container wall. These steady state vibration input may cause serous fruit injury, and this damage is particularly severe whenever the fruit inside the package is free to bounce, and is vibrated at its resonance frequency. The determination of the resonance frequencies of the fruit and vegetables may help the packaging designer to determine the proper packaging system providing adequate protection for the fruit, and to understand the complex interaction between the components of fruit when they relate to expected transportation vibration inputs. Instrumentation and technologies are described for determining the vibration response characteristics of the fruits with frequency range 3 to 150 Hz. The resonance frequency of the pear ranged from 53 to 102 Hz and the amplitude at resonance was between 1.08 and 2.48 G. The resonance frequency and amplitude at resonance decreased with the increase of the sample mass, and they were slightly affected by mechanical properties such as bioyield deformation and rupture deformation. Regression analysis was performed among the relatively high correlated parameters from the results of correlation coefficient analysis.
The numerical simulation has been performed to predict the performance of the fire suppression system for cabin of shipboard enclosure. The present study aims ultimately at finding the optimal parametric conditions of the mist-injecting nozzles using the CFD methods. The open numerical code was used for the present simulation named as FDS (Fire Dynamics Simulator). Application has been done to predict the interaction between water mist and fire plume. In this study, the passenger cabin was chosen as simulation space. The computational domains for simulation in the passenger cabin were determined following the fire scenario of IMO rules. The full scale of the flow field is $W{\times}L{\times}H=4{\times}3{\times}2.4m^3$ with a dead zone of $W{\times}L{\times}H=1.22{\times}1.1{\times}2.4m^3$. The water mist nozzle is installed in ceiling center of 2.3 m height from the floor, and there are six mattresses and four cushions in the simulation space. The combination patterns of orifices to the main nozzle and the position to install nozzles were chosen as the simulation parameters for design applications. From the present numerical results, the centered-located nozzles having evenly combined orifices were shown as the best performance of fire suppression.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.18
no.4
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pp.304-312
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1998
In order to assure the reliability and integrity of structures such as bridges, Power and petrochemical plants, nondestructive evaluation techniques are recently playing more important roles. Among the various kinds of nondestructive evaluation techniques, ultrasonic technique is one of the most widely used methods for nondestructive inspection of internal defects in structures. For the reliable quantitative evaluation of internal defects from the experimental ultrasonic signals, a numerical analysis of ultrasonic scattering field due to a defect distribution is absolutely required. In this paper, the SH-wave scattering by multi-cavity defects using elastodynamic boundary element method is studied. The effects of shape of defects on transmitted and reflected fields are considered. The interaction of multi-cavity defects in 50-wave scattering is also investigated. Numerical calculation by the boundary element method has been carried out to predict near field solution of scattered fields of ultrasonic SH-wave. The presented results would be useful to improve the sensitivity of flaw defection for inverse analysis and pursue quantitative nondestructive evaluation for inverse problem.
The recent re-assessment of the seismic hazard in Europe led for many regions of low to moderate seismicity to an increase in the seismic demand. As a consequence, several modern unreinforced masonry (URM) buildings, constructed with reinforced concrete (RC) slabs that provide an efficient rigid diaphragm action, no longer satisfy the seismic design check and have been retrofitted by adding or replacing URM walls with RC walls. Of late, also several new construction projects have been conceived directly as buildings with both RC and URM walls. Despite the widespread use of such construction technique, very little is known about the seismic behaviour of mixed RC-URM wall structures and codes do not provide adequate support to designers. The aim of the paper is therefore to propose a displacement-based design methodology for the design of mixed RC-URM edifices and the retrofit of URM buildings by replacing or adding selected URM walls with RC ones. The article describes also two tools developed for estimating important quantities relevant for the displacement-based design of structures with both RC and URM walls. The tools are (i) a mechanical model based on the shear-flexure interaction between URM and RC walls and (ii) an elastic model for estimating the contribution of the RC slabs to the overturning moment capacity of the system. In the last part of the article the proposed design method is verified through nonlinear dynamic analyses of several case studies. These results show that the proposed design approach has the ability of controlling the displacement profile of the designed structures, avoiding concentration of deformations in one single storey, a typical feature of URM wall structures.
The microcantilever (MCL) sensor is one of the most promising platforms for next-generation label-free biosensing applications. It outperforms conventional label-free detection methods in terms of portability and parallelization. In this paper, an overview of recent advances in our understanding of the coupling between biomolecular interactions and MCL responses is given. A dual compact optical MCL sensing platform was built to enable biosensing experiments both in gas-phase environments and in solutions. The thermal bimorph effect was found to be an effective nanomanipulator for the MCL platform calibration. The study of the alkanethiol self-assembly monolayer (SAM) chain length effect revealed that 1-octanethiol ($C_8H_{17}SH$) induced a larger deflection than that from 1-dodecanethiol ($C_{12}H_{25}SH$) in solutions. Using the clinically relevant biomarker C-reactive protein (CRP), we revealed that the analytical sensitivity of the MCL reached a diagnostic level of $1{\sim}500{\mu}g/ml$ within a 7% coefficient of variation. Using grazing incident x-ray diffractometer (GIXRD) analysis, we found that the gold surface was dominated by the (111) crystalline plane. Moreover, using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis, we confirmed that the Au-S covalent bonds occurred in SAM adsorption whereas CRP molecular bindings occurred in protein analysis. First principles density functional theory (DFT) simulations were also used to examine biomolecular adsorption mechanisms. Multiscale modeling was then developed to connect the interactions at the molecular level with the MCL mechanical response. The alkanethiol SAM chain length effect in air was successfully predicted using the multiscale scheme.
Dominguez, Norberto;Fernandez, Marco Aurelio;Ibrahimbegovic, Adnan
Computers and Concrete
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v.7
no.4
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pp.347-364
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2010
Since its invention in the $19^{th}$ century, Reinforced Concrete (RC) has been widely used in the construction of a lot of different structures, as buildings, bridges, nuclear central plants, or even ships. The details of the mechanical response for this kind of structures depends directly upon the material behavior of each component: concrete and steel, as well as their interaction through the bond-slip, which makes a rigorous engineering analysis of RC structures quite complicated. Consequently, the practical calculation of RC structures is done by adopting a lot of simplifications and hypotheses validated in the elastic range. Nevertheless, as soon as any RC structural element is working in the inelastic range, it is possible to obtain the numerical prediction of its realistic behavior only through the use of non linear analysis. The aim of this work is to develop a new kind of Finite Element: the "Enhanced Solid Element (ESE)" which takes into account the complex composition of reinforced concrete, being able to handle each dissipative material behavior and their different deformations, and on the other hand, conserving a simplified shape for engineering applications. Based on the recent XFEM developments, we introduce the concept of nodal enrichment to represent kinematics of steel rebars as well as bonding. This enrichment allows to reproduce the strain incompatibility between concrete and steel that occurs because of the bond degradation and slip. This formulation was tested with a couple of simple examples and compared to the results obtained from other standard formulations.
The long-term performance of plates resting on viscoelastic foundations is a major concern in the analysis of soil-structure interaction. As a powerful mathematical tool, fractional calculus may address these plate-on-foundation problems. In this paper, a fractionalized Zener model is proposed to study the time-dependent behavior of a uniformly loaded rectangular thin foundation plate. By use of the viscoelastic-elastic correspondence principle and the Laplace transforms, the analytical solutions were obtained in terms of the Mittag-Leffler function. Through the analysis of a numerical example, the calculated plate deflection, bending moment and foundation reaction were compared to those from ideal elastic and standard viscoelastic models. It is found that the upper and lower bound solutions of the plate response estimated by the proposed model can be determined using the elastic model. Based on a parametric study, the impacts of model parameters on the long-term performance of a foundation plate were systematically investigated. The results show that the two spring stiffnesses govern the upper and lower bound solutions of the plate response. By varying the values of the fractional differential order and the coefficient of viscosity, the time-dependent behavior of a foundation plate can be accurately captured. The fractional differential order seems to be dependent on the mechanical properties of the ground soil. A sandy foundation will have a small fractional differential order while in order to simulate the creeping of clay foundation, a larger fractional differential order value is needed. The fractionalized Zener model is capable of accounting for the primary and secondary consolidation processes of the foundation soil and can be used to predict the plate performance over many decades of time.
A numerical study is conducted on the flow characteristics of a rectangular cylinder (chord-to-width ratio C/W = 2 - 10) mounted close to a rigid wall at gap-to-width ratios G/W = 0.25 - 6.25. The effects of G/W and C/W on the Strouhal number, vortex structure, and time-mean drag and lift forces are examined. The results reveal that both G/W and C/W have strong influences on vortex structure, which significantly affects the forces on the cylinder. An increase in G/W leads to four different flow regimes, namely no vortex street flow (G/W < 0.75), single-row vortex street flow ($0.75{\leq}G/W{\leq}1.25$), inverted two-row vortex street flow ($1.25<G/W{\leq}2.5$), and two-row vortex street flow (G/W > 2.5). Both Strouhal number and time-mean drag are more sensitive to C/W than to G/W. For a given G/W, Strouhal number grows with C/W while time-mean drag decays with C/W, the growth and decay being large between C/W = 2 and 4. The time-mean drag is largest in the single-row vortex street regime, contributed by a large pressure on the front surface, regardless of C/W. A higher C/W, in general, leads to a higher time-mean lift. The maximum time-mean lift occurs for C/W = 10 at G/W = 0.75, while the minimum time-mean lift appears for C/W = 2 at the same G/W. The impact of C/W on the time-mean lift is more substantial in single-row vortex regime. The effect of G/W on the time-mean lift is larger at a larger C/W.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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