In the present study, we constructed a membrane inlet assembly for selective permeation of volatile airborne organic compounds for subsequent analysis by time-of-flight mass spectrometry. The time-dependent diffusion of analytes through a $75\;{\mu}m$ thick polydimethylsiloxane membrane was measured by monitoring the ion signal after a step change in the sample concentration. The results fit well to a non-steady-state permeation equation. The diffusion coefficient, response time, and sensitivity were determined experimentally for a range of polar (halogenated) and nonpolar (aromatic) compounds. We found that the response times for several volatile organic compounds were greatly influenced by the alkyl chain length as well as the size of the substituted halogen atoms. The detection limits for benzene, ethylbenzene, and 2-propanol were 0.2 ppm, 0.1 ppm, and 3.0 ppm by volume, respectively, with a linear dynamic range greater than three orders of magnitude. These results indicate that the membrane inlet/time-of-flight mass spectrometry technique will be useful for a wide range of applications, particularly for in situ environmental monitoring.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.31
no.4
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pp.490-495
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2007
This research aims to examine accuracy and efficiency of the first four moments corresponding to mean, standard deviation, skewness, and kurtosis, which are estimated by a function approximation moment method (FAMM). In FAMM, the moments are estimated from an approximating quadratic function of a system response function. The function approximation is performed on a specially selected experimental region for accuracy, and the number of function evaluations is taken equal to that of the unknown coefficients for efficiency. For this purpose, three error-minimizing conditions are utilized and corresponding canonical experimental regions constructed accordingly. An interpolation function is then obtained using a D-optimal design and then the first four moments of it are obtained as the estimates for the system response function. In order to verify accuracy and efficiency of FAMM, several non-linear examples are considered including a polynomial of order 4, an exponential function, and a rational function. The moments calculated from various coefficients of variation show very good accuracy and efficiency in comparison with those from analytic integration or the Monte Carlo simulation and the experimental design technique proposed by Taguchi and updated by D'Errico and Zaino.
Valido, Anibal J.;Sousa, Luis G.;Cardoso, J. Barradas
Structural Engineering and Mechanics
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v.4
no.1
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pp.25-35
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1996
This paper describes a continuum variational formulation for design optimization of nonlinear structures in the elastic-plastic domain, where unloading and reloading of the structures are allowed to occur. The Total Lagrangian procedure is used for the description of the structural deformation. The direct differentiation approach is used to derive the sensitivities of the various structural response measures with respect to the design parameters. Since the material goes into the inelastic range and unloading and reloading of the structure are allowed to occur, the structural response is path dependent and an additional step is needed to integrate the constitutive equations. It can be shown, consequently, that design sensitivity analysis is also path-dependent. The theory has been discretized by the finite element technique and implemented in a structural analysis code. Mathematical programming approach is used for the optimization process. Numerical applications on trusses are performed, where cross-sectional areas and nodal point coordinates are treated as design variables. Optimal designs have been obtained and compared by using two different strategies: a two level strategy where the levels are defined accordingly the type of design variables, cross sectional areas or node coordinates, and optimizing simultaneously with respect to both types of design variables.
The present paper deals with the nonlinear analysis of the functionally graded piezoelectric (FGP) annular plate with two smart layers as sensor and actuator. The normal pressure is applied on the plate. The geometric nonlinearity is considered in the strain-displacement equations based on Von-Karman assumption. The problem is symmetric due to symmetric loading, boundary conditions and material properties. The radial and transverse displacements are supposed as two dominant components of displacement. The constitutive equations are derived for two sections of the plate, individually. Total energy of the system is evaluated for elastic solid and piezoelectric sections in terms of two components of displacement and electric potential. The response of the system can be obtained using minimization of the energy of system with respect to amplitude of displacements and electric potential. The distribution of all material properties is considered as power function along the thickness direction. Displacement-load and electric potential-load curves verify the nonlinearity nature of the problem. The response of the linear analysis is investigated and compared with those results obtained using the nonlinear analysis. This comparison justifies the necessity of a nonlinear analysis. The distribution of the displacements and electric potential in terms of non homogenous index indicates that these curves converge for small value of piezoelectric thickness with respect to elastic solid thickness.
The major source of noise in the process of transporting liquids is related to the cavitation phenomenon. The control valve noise is mostly dominated by bubble dynamics under cavitating conditions. In this investigation, an orifice configuration is set-up to correlate its flow-field and acoustic signatures with those from a control valve device. The performance and noise characteristics form the orifice configuration in anechoic surroundings were measured to reveal the noise sources depending on pressure differences across the orifice configuration. The sound powers from the orifice configuration are effectively normalized using proposed scaling parameters. Flow-excited dynamic systems for which there is no strong coupling between the flow and the system response can be described using a linear source-filter model. On this assumption, the normalized sound powers can be decomposed of noise source function and a response function. To find noise sources, pressure spectra measured over a range of pressure differences are transformed into the product of two non-dimensional frequency function : $P_{ss}(He,f_{ca},x/D) = F(f_{ca})\;G(He,x/D)$. This scheme of finding noise sources is shown to be applicable to the cavitation noise from the control valve effectively Two kinds of cavitating modes based on our experimental data are found and discussed.
When strong seismic forces act on reinforced concrete structures, their beam-column connections are very susceptible to damage during the earthquake event. The aim of this numerical work is to evaluate the influence of the internal steel reinforcement array on the nonlinear response of a RC beam-column connection when it is subjected to strong cyclic loading -as a seismic load. For this, two specimens (extracted from an experimental test of 12 RC beam-column connections reported in literature) were modeled in the Finite Element code FEAP considering different stirrup's arrays. In order to evaluate the nonlinear response of the RC beam-column connection, the 2D model takes into account the nonlinear thermodynamic behavior of each component: for concrete, a damage model is used; for steel reinforcement, it is adopted a classical plasticity model; in the case of the steel-concrete bonding, this one is considered perfect without degradation. At the end, we show a comparison between the experimental test's responses and the numerical results, which includes the distribution of shear stresses and damage inside the concrete core of the beam-column connection; in the other hand, the effects on the connection of a low and high state of confinement are analyzed for all cases.
The effects of infill panels on the response of r.c. frames subjected to seismic action are widely recognized. Numerous experimental investigations were effected and several analytical models were developed on this subject. This work, which is part of a larger project dealing with specific materials and structures commonly used in Italy, discusses experimental tests on masonry and samples of bare and infilled portals. The experimental activity includes tests on elemental materials, and 12 wall samples. Finally, three one-bay one-story reinforced concrete frames, designed according to the outdated Italian technical code D.M. 1996 without seismic details, were tested (bare and infilled) under constant vertical and cyclic lateral load. The first cracks observed on the framed walls occurred at a drift of about 0.3%, reaching its maximum capacity at a drift of 0.5% while retaining its capacity up to a drift of 0.6%. Infill contributed to both the stiffness and strength of the bare reinforced concrete frame at small drifts thus improving overall system behavior. In addition to the experimental activities, previously mentioned, the recalibration of a model proposed by Comberscue (1996) was evaluated. The accuracy of an OpenSees non linear fiber based model of the prototype tested, including a strut element was verified through a comparison with the final experimental results. This work has been partially supported by research grant DPC-ReLUIS 2014.
In this study, a new seismic retrofit scheme of building structures is developed by combining a steel moment frame and steel slit plates to be installed inside of an existing reinforced concrete frame. This device has the energy dissipation capability of slit dampers with slight loss of stiffness compared to the conventional steel frame reinforcement method. In order to investigate the seismic performance of the retrofit system, it was installed inside of a reinforced concrete frame and tested under cyclic loading. Finite element analysis was carried out for validation of the test results, and it was observed that the analysis and the test results match well. An analytical model was developed to apply the retrofit system to a commercial software to be used for seismic retrofit design of an example structure. The effectiveness of the retrofit scheme was investigated through nonlinear time-history response analysis (NLTHA). The cyclic loading test showed that the steel frame with slit dampers provides significant increase in strength and ductility to the bare structure. According to the analysis results of a case study building, the proposed system turned out to be effective in decreasing the seismic response of the model structure below the given target limit state.
In the current study, punching behavior of Reinforced concrete (RC) isolated footings was experimentally and numerically investigated. The experimental program consisted of four half-scale RC isolated footing specimens. The test matrix was proposed to show effect of footing area, reinforcement mesh ratio, adding internal longitudinal reinforcement bars and stirrups on the punching response of RC isolated footings. Footings area varied from 1200×1200 mm2 to 1500×1500 mm2 while the mesh reinforcement ratio was in the range from 0.36 to 0.45%. On the other hand, a 3D non-linear finite element model was constructed using ABAQUS/standard program and verified against the experimental program. The numerical results agreed well with the experimental records. The validated numerical model was used to study effect of concrete compressive strength; longitudinal reinforcement bars ratio and stirrups concentration along one or two directions on the ultimate load, deflection, stiffness and failure patterns of RC isolated footings. Results concluded that adding longitudinal reinforcement bars did not significantly affect the punching response of RC isolated footings even high steel ratios were used. On the contrary, as the stirrups ratio increased, the ultimate load of RC isolated footings increased. Footing with stirrups ratio of 1.5% had ultimate load equal to 1331 kN, 19.6% higher than the bare footing. Moreover, adding stirrups along two directions with lower ratio (0.5 and 0.7%) significantly enhanced the ultimate load of RC isolated footings compared to their counterparts with higher stirrups ratio (1.0 and 1.5%).
Evaluation of tunnel performance in seismic-prone areas demands efficient means of estimating performance at different hazard levels. The present study introduces an innovative push-over analysis approach which employs the standard earthquake spectrum to simulate the performance of a tunnel. The numerical simulation has taken into account the lining and surrounding rock to calculate the rock-tunnel interaction subjected to a static push-over displacement regime. Elastic perfectly plastic models for the lining and hardening strain rock medium were used to portray the development of plastic hinges, nonlinear deformation, and performance of the tunnel structure. Separately using a computational algorithm, the non-linear response spectrum was approximated from the average shear strain of the rock model. A NATM tunnel in Turkey was chosen for parametric study. A seismic performance curve and two performance thresholds are introduced that are based on the proposed nonlinear seismic static loading approach and the formation of plastic hinges. The tunnel model was also subjected to a harmonic excitation with a smooth response spectrum and different amplitudes in the fully-dynamic phase to assess the accuracy of the approach. The parametric study investigated the effects of the lining stiffness and capacity and soil stiffness on the seismic performance of the tunnel.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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