The purpose of this paper is to understand and model the slow current (~2 m/s) effects on the global response of a floating offshore platform in waves. A time-domain numerical simulation of full wave-current-body interaction by a quadratic boundary element method (QBEM) is applied to compute the hydrodynamic loads and motions of a floating body under the combined influence of waves and current. The study is performed in the context of linearized potential flow theory that is sufficient in understanding the leading-order current effect on the body motion. The numerical simulations are validated by quantitative comparisons of the hydrodynamic coefficients with the WAMIT prediction for a truncated vertical circular cylinder in the absence of current. It is found from the simulation results that the presence of current leads to a loss of symmetry in flow dynamics for a tension-leg platform (TLP) with symmetric geometry, resulting in the coupling of the heave motion with the surge and pitch motions. Moreover, the presence of current largely affects the wave excitation force and moment as well as the motion of the platform while it has a negligible influence on the added mass and damping coefficients. It is also found that the current effect is strongly correlated with the wavelength but not frequency of the wave field. The global motion of a floating body in the presence of a slow current at relatively small encounter wave frequencies can be satisfactorily approximated by the response of the body in the absence of current at the intrinsic frequency corresponding to the same wavelength as in the presence of current. This finding has a significant implication in the model test of global motions of offshore structures in ocean waves and currents.
Twinning-induced plasticity (TWIP) steels with the austenite structure containing high manganese exhibit both good strength and excellent formability. Such properties originate from crystallographic slip and mechanical twins produced when the austenite structure is under mechanical stress. There are 12 twin systems, referred to as twin variants, when slip is induced. These twin systems include twin planes and twin directions and play an important role in determining strength and ductility of the material by strongly influencing texture formation of the austenite structure. In the present study, twins produced in a high-Mn TWIP steel as a result of uniaxial tension were observed using a transmission electron microscope; a comparative analysis was performed through interaction energy calculations. Electron diffraction was used to determine the twin system with respect to the uniaxial tension direction in each grain. Both the Schmid factors and interacting energies required for the generation of twins were calculated and subsequently compared with experimental results. This approach demonstrated the possibility of predicting the deformation behavior of the material.
In hard disk drives as the head to disk spacing continues to decrease to facilitate recording densities, slider disk interactions have become much more severe due to direct contact of head and disk surfaces in both start/stop and flying cases. The slider disk interaction in CSS (contact-start-stop) mode is an important source of particle generation and tribocharge build-up. The tribocharge build-up in the slider disk interface can cause ESD (electrostatic discharge) damage. In turn, ESD can cause severe melting damage to MR or GMR heads. The spindle speed of typical hard disk drives has increased in recent years from 5400 rpm to 15000 rpm and even higher speeds are anticipated in the near future. And the increasing disk velocity leads to increasing disk acceleration and this might affect the tribocharging phenomena of the slider/disk interface. We investigated the tribocurrent/voltage build-up generated in HDD, operating at increasing disk accelerations. In addition, we examined the effects with relative humidity conditions and rest time. We found that the tribocurrent/voltage was generated during pico-slider/disk interaction and its level was about $3\sim16pA$ and $0.1\sim0.3V$, respectively. Tribocurrent/voltage build-up was reduced with increasing disk acceleration. Higher humidity conditions $(75\sim80%)$ produced lower levels tribovoltage/current. Therefore, a higher tribocharge is expected at a lower disk acceleration and lower relative humidity condition. Rest time affected the charge build-up at the slider-disk interface. The degree of tribocharge build-up increased with increasing rest time.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.18
no.5
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pp.74-81
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2019
This study reports the CW $CO_2$ laser scribing of soda lime glass. In this study, scribing experiments are carried out at different laser powers, scan speeds, and focal positions to investigate the effect of the process parameters on the interaction characteristics between a laser beam and glass. In particular, the interaction characteristics are analyzed and described with the input laser energy per unit length. According to the experimental results, the damage threshold for the glass surface was found to exist between 0.072 and 0.08 J/mm. The input laser energy in this region induced partial melting of the surface and grain-shaped cracks. These cracks tended to increase as the input laser energy increased. At the laser input energy larger than 1 J/mm, a huge crack propagating along the scan direction was produced, and the volume below the scribed area was fully melted. The growth of this crack finally resulted in the complete cutting of the glass at the input laser energy above 8 J/mm. It was found that both the width and depth of the scribed line increased with increasing input laser energy. For the beam focusing at the rear surface, the width of the scribed line varied irregularly. This could be ascribed to the increased asymmetry of the beam intensity distribution when the laser beam was focused at the rear surface. Under this condition, a large burr was only produced on one side of the scribed line.
Jian Zhou;Mingjie Ma;Luheng Li;Yang Ding;Xinan Yang
Geomechanics and Engineering
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v.38
no.3
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pp.319-334
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2024
The current theories on the interaction between surrounding rock and support in deep-buried tunnels do not consider the form of pre-reinforcement support or the flexibility of primary support, leading to a discrepancy between theoretical solutions and practical applications. To address this gap, a comprehensive mechanical model of the tunnel with pre-reinforced rock was established in this study. The equations for internal stress, displacement, and the radius of the plastic zone in the surrounding rock were derived. By understanding the interaction mechanism between flexible support and surrounding rock, the three-dimensional construction analysis solution of the tunnel could be corrected. The validity of the proposed model was verified through numerical simulations. The results indicate that the reduction of pre-deformation significantly influences the final support pressure. The pre-reinforcement support zone primarily inhibits pre-deformation, thereby reducing the support pressure. The support pressure mainly affects the accelerated and uniform movement stage of the surrounding rock. The generation of support pressure is linked to the deformation of the surrounding rock during the accelerated movement stage. Furthermore, the strength of the pre-reinforcement zone of the surrounding rock and the strength of the shotcrete have opposite effects on the support pressure. The parameters of the pre-reinforcement zones and support materials can be optimized to achieve a balance between surrounding rock deformation, support pressure, cost, and safety. Overall, this study provides valuable insights for predicting the deformation of surrounding rock and support pressure during the dynamic construction of deep-buried weak rock tunnels. These findings can guide engineers in improving the construction process, ensuring better safety and cost-effectiveness.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.10
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pp.1161-1170
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2011
This paper presents a solution to the inverse problem for the service boundary conditions of thermal-flow and structure analysis in a catalyst substrate. The exhaust-gas purification efficiency of a catalyst substrate is influenced by the shape parameter, catalyst ingredients and so on and is estimated by the thermal flow uniformity. The formulations of the inverse problem of obtaining the thermal-flow parameters (inlet temperature, velocity, heat of reaction, convective heat-transfer coefficient) and the direct problem of estimating from a given outlet temperature distribution are described. An experiment was designed and the response-surface optimization technique was used to solve the proposed inverse problem. The temperature distribution of the catalyst substrate was obtained by thermal-flow analysis for the predicted thermal-flow parameters. The thermal stress and durability assessments for the catalyst substrate were performed on the basis of this temperature distribution. The efficiency and accuracy of the inverse approach have been demonstrated through the achievement of good agreement between the thermal-flow response surface model and the results of experimental vehicle tests.
Numerical simulation is performed to understand the structural behavior of an underground radwaste repository, assumed to be located at the depth of 500 m, in a granitic rock mats, in which a fault intersects the roof of the repository cavern. Two dimensional universal distinct element code, UDEC is used in the analysis. The numerical model includes a granitic rock mass, a canister with PWR spent fuels surrounded by the compacted bentonite inside the deposition hole, and the mixed bentonite backfilled in the rest of the space within the repository cavern. The structural behavior of three different cases, each case with a fault of an angle of $33^{\circ},\;45^{\circ},\;and\;58^{\circ}$ passing through the cavern roof-wall intersection, has been compared. And then fro the case with the $45^{\circ}$ fault, the hydro-mechanical, thermo-mechanical, and thermo-hydro-mechanical interaction behavior have been studied. The effect of the time-dependent decaying heat, from the radioactive materials in PWR spent fuels, on the repository and its surroundings has been studied. The groundwater table is assumed to be located 10m below the ground surface, and a steady state flow algorithm is used.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.24
no.5
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pp.454-460
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2012
The purpose of the present work is to investigate the removal characteristics of positively charged filters for capturing negatively charged particles such as bacteria and virus in water. In order to reduce the pressure drop and increase the filtration efficiency, the filter media, modified by charge modifier having positive functional groups, is developed and evaluated. Improved liquid filters have been developed with the modified surface charge to capture and adsorb particles by electrokinetic interaction between the filter surface and particles contained in an aqueous liquid. The positively charged filter media is composed of glass fiber, cellulose and poly-ethylenimine resin for positively charging with the variation of volume ratio. The zeta potential value of the positively charged filter is +37.92 mV at the glass fiber and cellulose content ratio of 50 : 50 with resin content of 100%, while that of the PSL test particle is -23.5 mV at pH 7. The removal efficiency of the electro-positively charged filter is 98% for PSL particles of 0.11 ${\mu}m$, while that of the negatively charged filter is 7%. The positively charged filter media showed the potential to be an effective method for removing fine particles from the contaminated water for liquid filtration.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.39
no.1
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pp.11-19
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2015
We present the results of a multi-material numerical investigation of the propagation of a combustible gas mixture detonation in narrow metal tubes. We use an experimentally tuned one step Arrhenius chemical reaction and ideal gas equation of state (EOS) to describe stoichiometric $H_2-O_2$ and $C_2H_4-O_2$ detonations. The purely plastic deformations of copper and steel tubes are modeled using the Mie-Gruneisen EOS and Johnson-Cook strength model. To precisely track the interface motion between the detonating gas and the deforming wall, we use the hybrid particle level-sets within the ghost fluid framework. The calculated results are validated against the experimental data because the results explain the process of the generation and subsequent interaction of the expansion wave with the high-strain-rate deformation of the walls.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.39
no.1
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pp.79-88
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2015
This study numerically examined the mixing characteristics of rectangular cavity flows by using the hybrid lattice Boltzmann method (HLBM) applied to the finite difference method (FDM). Multi-relaxation time was used along with a passive scalar method which assumes that two substances have the same mass and that there is no interaction. First, we studied numerical results such as the stream function, position of vortices, and velocity profile for a square cavity and rectangular cavity with an aspect ratio of 2. The data were compared with previous numerical results that have been proven to be reliable. We also studied the mixing characteristics of a rectangular cavity flow such as the concentration profile and average Sherwood number at various Pe numbers and aspect ratios.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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