The numerical investigation of obliquely incident wave interactions with fully submerged dual buoy/porous-membrane floating breakwaters placed in parallel with spacing is studied based on linear potential theory and Darcy's law. The numerical solutions are obtained by using a discrete-membrane dynamic model and second-kind modified Bessel function distribution over the entire boundaries of fluid regions. First, numerical solutions for an idealized dual submerged system without buoys are obtained. Second, a more practical dual submerged system with membrane tension provided by buoys at its tops is investigated by the multi-domain boundary element method particularly devised for dual buoy/porous-membrane problems with gaps. The velocity potentials of wave motion are coupled with porous-membrane deformation, and solved simultaneously since the boundary condition on porous-membrane is not known in advance. The effects of varying permeability on membranes and wave characteristics are discussed for the optimum design parameters of systems previously studied. The inclusion of permeability on membrane eliminates the resonances that aggravate the breakwater performance. The system is highly efficient when waves generated by the buoys and membranes were mutually canceled and its energy at resonance frequency dissipates through fine pores on membranes.
The postbuckling behavior of laminated composite plates and shells, subjected to various shear loadings, is presented, using a modified 8-ANS method. The finite element, based on a modified first-order shear deformation theory, is further improved by the combined use of assumed natural strain method. We analyze the influence of the shell element with the various location and number of enhanced membrane and shear interpolation. Using the assumed natural strain method with proper interpolation functions, the present shell element generates neither membrane nor shear locking behavior even when full integration is used in the formulation. The effects of various types of lay-ups, materials and number of layers on initial buckling and postbuckling response of the laminated composite plates and shells for various shear loading have been discussed. In addition, the effect of direction of shear load on the postbuckling behavior is studied. Numerical results and comparisons of the present results with those found in the literature for typical benchmark problems involving symmetric cross-ply laminated composites are found to be excellent and show the validity of the developed finite element model. The study is relevant to the simulation of barrels, pipes, wing surfaces, aircrafts, rockets and missile structures subjected to intense complex loading.
Patterning with a geodesic line is essential for economical or efficient usage of membrane materialsin fabric tension membrane structural engineering and analysis. The numerical algorithm to determine the geodesic line for membrane structures is generally classified into two. The first algorithm finds a non-linear shape using a fictitious geodesic element with an initial pre-stress, and the other algorithm is the geodesic line cutting or searching algorithm for arbitrarily curved 3D surface shapes. These two algorithms are still being used only for the three-node plane stress membrane element, and not for the four-node element. The lack of a numerical algorithm for geodesic lines with four-node membrane elements is the main reason for the infrequent use of the four-node membrane element in membrane structural engineering and design. In this paper, a modified numerical algorithm is proposed for the generation of a geodesic line that can be applied to three- or four-node elements at the same time. The explicit non-linear static Dynamic Relaxation Method (DRM) was applied to the non-linear geodesic shape-finding analysis by introducing the fictitiously tensioned 'strings' along the desired seams with the three- or four-node membrane element. The proposed algorithm was used for the numerical example for the non-linear geodesic shape-finding and patterning analysis to demonstrate the accuracy and efficiency, and thus, the potential, of the algorithm. The proposed geodesic shape-finding algorithm may improve the applicability of the four-node membrane element for membrane structural engineering and design analysis simultaneously in terms of the shape-finding analysis, the stress analysis, and the patterning analysis.
The focus of this paper is on the numerical investigation of obliquely incident wav interactions with a system composed of fully submerged and floating dual buoy/vertical-flexible-membrane breakwaters placed in parallel with spacing between two systems. The fully submerged two systems allow surface and bottom gaps to enable wave transmission over and under the system. The problem is formulated based on the two-dimensional multi-domain hydro-elastic linear wave-body interaction theory. The hydrodynamic interaction of oblique incident waves with the combination of the rigid and flexible bodies was solved by the distribution of the simple sources (modified Bessel function of the second kind) that satisfy the Helmholz governing equation in fluid domains. A boundary element program for three fluid domains based on a discrete membrane dynamic model and simple source distribution method is developed. Using this developed computer program, the performance of various dual systems varying buoy radiuses and drafts, membrane lengths, gaps, spacing, mooring-lines stiffness, mooring types, water depth, and wave characteristics is thoroughly examined. It is found that the fully submerged and floating dual buoy/membrane breakwaters can, if it is properly tuned to the coming waves, have good performances in reflecting the obliquely incident waves over a wide range of wave frequency and headings.
RMembrane LNG storage tanks have been recently investigated to replace full-containment LNG storage tanks because of safety and cost aspects. Quantitative Risk Analysis (QRA) and Finite Element Method (FEM) were used to evaluate safety of membrane LNG storage tanks. In this study, structural safety evaluation results via FEM analysis showed that both membrane type and full-containment type cryogenic LNG storage tanks with 140,000 $m^3$ capacity were equivalently safe in terms of strength safety and leakage safety of a storage tank system. Also, Fault Tree Analysis (FTA) was used to improve the safety of membrane LNG storage tanks and membrane LNG tanks were modified by adding three safety equipments: impact absorber structure for the low part of the membrane, the secondary barrier to diminish the thermal stress of the corner part of the outer tank, and a pump catcher in case of falling of a pump. Consequently, the safety of the modified membrane LNG storage tanks were proved to be equivalent to that of full-containment LNG storage tanks.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2003.10a
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pp.175-178
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2003
Mechanical behavior of a fuel stack was studied by the orthotropic material model. The fuel stack is mainly composed of bipolar plate (BP), gasket, end plate, membrane electrolyte assembly (MEA), and gas diffusion layer (GDL). Each component is fastened with a suitable pressure. It is very important to maintain a suitable contact pressure of BP, because it affects the efficiency of the fuel cell. This study compared mechanical behavior of various fastening types of the fuel cell stack. Bar, band, and modified band fastening type are used. The band fastening type showed that it reduces total volume of the cell, but it does not improve the contact pressure distribution of each BP. The modified band fastening type was designed by considering the deformations of band fastening type, and it showed a good enhancement of contact pressure distribution.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2001.10a
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pp.89-92
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2001
A rigid-viscoplastic finite element code for superplastic forming processes has been developed The material is assumed to be isotropic and a modified Coulomb friction law is adopted to explain contact between tool and sheet. This code uses the triangular element based on the membrane approximation and a hierarchical contact searching method is implemented The optimum pressure-time relationships for target strain rate are calculated by several pressure control algorithms. By the analysis, optimum pressure-time curves and deformation behavior are predicted.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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1999.03b
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pp.143-148
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1999
Design optimization is performed to calculated the draw-bead force for satisfying the design re-quirements. For an analysis tool a rigid-plastic finite element method with modified membrane element is adopted. response surface methodology is utilized for constructing the approximation surface for the optimum searching of draw bead force in sheet metal forming process. the algorithm developed is ap-plied to a design of the draw bead forces in a deep drawing process. The results show that the design of process parameters is applicable in complex metal forming analysis. It is also noted that the present algo-rithm enhances the stable optimum solution with small times of optimization iteration.
In a polymer membrane fuel cell stack, the bipolar plate is a key element because it accounts for over 50% of total costs of the stack. In order to lower the cost of bipolar plates, 316L stainless steels coated with nitrides such as TiN and CrN by physical vapor deposition were investigated as alternative materials for the replacement of traditional brittle graphite bipolar-plates. For this purpose, interfacial contact resistances were measured and electrochemical corrosion tests were conducted. The results showed that although both TiN and CrN coatings decreased the interfacial contact resistances to less than $10m{\Omega}{\cdot}cm^2$, they did not significantly improve the corrosion resistance in simulated polymer electrolyte membrane fuel cell environments. A CrN coating on 316L stainless steel showed better corrosion resistance than a TiN coating did, indicating the possibility of using modified CrN coated metallic bipolar plates to replace graphite bipolar plates.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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