Due to higher strength-to-weight ratio of composite laminates, they find uses in many weight-sensitive applications like aerospace, automobile and marine structures. From a reliability point of view, accurate prediction of failure of these structures is important. Due to the complexities in the manufacturing processes of composite laminates, there is a variation in the material properties and geometric parameters. Hence stochastic aspects are important while designing the composite laminates. Many existing works of composite laminate failure analysis are based on the deterministic approach but it is important to consider the randomness in the material properties, geometry and loading to predict accurate failure loads. In this paper the statistics of the ultimate failure load of the [0/θ]s laminated composite plate (LCP) containing the edge crack and voids subjected to the tensile loading are presented in terms of the mean and coefficient of variance (COV). The objective is to better the efficacy of laminate failure by predicting the statistics of the ultimate failure load of LCP with random material, geometric and loading parameters. The stochastic analysis is done by using the extended finite element method (XFEM) combined with the second-order perturbation technique (SOPT). The ultimate failure load of the LCP is obtained by ply-by-ply failure analysis using the ply discount method combined with the Tsai-Wu failure criterion. The aim is to know the effect of the stacking sequence, crack length, crack angle, location of voids and number of voids on the mean and corresponding COV of the ultimate failure load of LCP is investigated. The results of the ultimate failure load obtained by the present method are in good agreement with the existing experimental and numerical results. It is observed that [0/θ]s LCPs are very sensitive to the randomness in the crack length, applied load, transverse tensile strength of the laminate and modulus of elasticity of the material, so precise control of these parameters is important. The novelty of the present study is, the stochastic implementation in XFEM for the failure prediction of LCPs containing crack and voids.
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.15
no.3
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pp.208-218
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2012
Numerical simulation technique has been developed to calculate microwave backscattering from water surface. The simulation plays a role of a substitute for experiments. Validation of the simulation was shown by comparing with experimental results. Water area observations by microwave radar have been simulated to evaluate algorithms and systems. Furthermore, the simulation can be used to understand microwave scattering mechanism on the water surface. The simulation has applied to the various methods for water area observations, and the utilizations of the simulation are introduced in this paper. In the case of fixed radar, we show following examples, 1. Radar image with a pulse Doppler radar, 2. Effect of microwave irradiation width and 3. River observation (Water level observation). In addition, another application (4.Synthetic aperture radar image) is also described. The details of the applications are as follows. 1. Radar image with a pulse Doppler radar: A new system for the sea surface observation is suggested by the simulation. A pulse Doppler radar is assumed to obtain radar images that display amplitude and frequency modulation of backscattered microwaves. The simulation results show that the radar images of the frequency modulation is useful to measure sea surface waves. 2. Effect of microwave irradiation width: It is reported (Rheem[2008]) that microwave irradiation width on the sea surface affects Doppler spectra measured by a CW (Continuous wave) Doppler radar. Therefore the relation between the microwave irradiation width and the Doppler spectra is evaluated numerically. We have shown the suitable condition for wave height estimation by a Doppler radar. 3. River observation (Water level observation): We have also evaluated algorithms to estimate water current and water level of river. The same algorithms to estimate sea surface current and sea surface level are applied to the river observation. The simulation is conducted to confirm the accuracy of the river observation by using a pulse Doppler radar. 4. Synthetic aperture radar (SAR) image: SAR images are helpful to observe the global sea surface. However, imaging mechanisms are complicated and validation of analytical algorithms by SAR images is quite difficult. In order to deal with the problems, SAR images in oceanic scenes are simulated.
The engineered barrier system of high-level radioactive waste disposal must maintain its performance in the long term, because it must play a role in slowing the rate of leakage to the surrounding rock mass even if a radionuclide leak occurs from the canister. In particular, it is very important to clarify gas dilation flow phenomenon clearly, that occurs only in a medium containing a large amount of clay material such as a bentonite buffer, which can affect the long-term performance of the bentonite buffer. Accordingly, DECOVALEX-2019 Task A was conducted to identify the hydraulic-mechanical mechanism for the dilation flow, and to develop and verify a new numerical analysis technique for quantitative evaluation of gas migration phenomena. In this study, based on the conventional two-phase flow and mechanical behavior with effective stresses in the porous medium, the hydraulic-mechanical model was developed considering the concept of damage to simulate the formation of micro-cracks and expansion of the medium and the corresponding change in the hydraulic properties. Model verification and validation were conducted through comparison with the results of 1D and 3D gas injection tests. As a result of the numerical analysis, it was possible to model the sudden increase in pore water pressure, stress, gas inflow and outflow rate due to the dilation flow induced by gas pressure, however, the influence of the hydraulic-mechanical interaction was underestimated. Nevertheless, this study can provide a preliminary model for the dilation flow and a basis for developing an advanced model. It is believed that it can be used not only for analyzing data from laboratory and field tests, but also for long-term performance evaluation of the high-level radioactive waste disposal system.
Journal of the Institute of Convergence Signal Processing
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v.6
no.2
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pp.59-66
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2005
Accuracy of current measurement in fiber optic current sensor(FOCS), especially, unidirectional polarimetric fiber optic current sensor(PFOCS) is affected by the environment perturbations such as acoustic vibrations changes to the sensing fiber, and intrinsic perturbations such as the bending fiber that the sensing fiber wound around a current carrying wire. The perturbations affect the birefringence properties of sensing fiber in sensor head and cause false current readings. Thus, using compensation technique, reciprocal PFOCS, for unidirectional PFOCS the perturbations are suppressed. In this paper, we carried out the numerical analysis of performance in reciprocal PFOCS including the degree of polarization error, and false current of environmental and intrinsic perturbations on the sensing fiber. Also, we compared the effect of mirror with the faraday rotation mirror(FRM) in reciprocal PFOCS configuration. And the different optical source's wavelengths, 633nm and 1300nm is used. In the results, at 633nm, using mirror and FRM, the degree of polarization error is calculated to $2.3\%$ and $0.0196\%$, respectively. At $1300{\cal}nm$ using mirror and FRM the degree of polarization error is calculated to $9.97\%$ and $0.0196\%$, respectively. Also, compared with false current, the results is calculated to $9.82{\times}10^{-9}A$ and $1.4{\times}10^{-17}A$, respectively, and show that the reciprocal PFOCS is more robust configuration than unidiretionnal PFOCS for environmental and intrinsic perturbations.
Though the Grouting has been in use for a long time, it is still regarded as an technique rather than engineering. The study of ground improvement by grouting is rare especially in jointed rock mass. In this study, biaxial compression tests were performed in the jointed rock mass models with .ough surfBce joints assembled with blocks before and after grouting. The load-deformation curves of the jointed rock masses showed a non-linear relationship before grouting but showed a relatively linear deformaion behavior after grouting. Improvement ratio (deformation modulus after grouting/deformation modulus before grouting) decreased with increasing joint spacing and lateral stress. Improvement ratio decreased exponentially with increasing deformation modulus of the rock mass model before grouting. Three-dimensional FDM analysis was performed to a highway tunnel case using experimental data of grouted rock. The convergence of the tunnel predicted after grouting by the numerical modelling coincided with those attained from the field measurement.
Park, Hyeong Gyu;Kim, Dong Kyu;Kim, Si Woo;Joo, Jae Hyun;Song, Woo Jin;Kim, Jeong
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.1
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pp.55-62
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2015
The electromagnetic force induced by an intense electric current pulse, which generates an electromagnetic field around the metal jet originating from a shaped charge, can disperse and scatter the high-speed metal jet. An electric device consisting of an RLC circuit applies an intense electric current pulse that flows in the circuit while the metal jet passes between two electrodes. In this study, the metal jet formation was simulated using the ALE technique in 2-D, and a 3-D finite element model was mapped using 2-D simulation results to induce the electric current directly. The deformed shapes of the metal jet and the electromagnetic force were calculated using a finite element analysis by inducing the electric current directly, and the major parameters of the intense electric current pulse for breaking up the metal jet were examined.
Lee, Kwang Ki;Park, Chan Kyoung;Kim, Geun Yeon;Lee, Kwon Hee;Han, Sang Wook;Han, Seung Ho
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.8
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pp.975-981
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2013
A robust optimization is only one of the ways to minimize the effects of variances in design variables on the objective functions at the preliminary design stage. To predict the variances and to formulate the probabilistic constraints are the most important procedures for the robust optimization formulation. Though several methods such as the process capability index and the six sigma technique were proposed for the prediction and formulation of the variances and probabilistic constraints, respectively, there are few attempts using a percent defective which has been widely applied in the quality control of the manufacturing process for probabilistic constraints. In this study, the robust optimization for a lower control arm of automobile vehicle was carried out, in which the design space showing the mean and variance sensitivity of weight and stress was explored before robust optimization for a lower control arm. The 2nd order Taylor expansion for calculating the standard deviation was used to improve the numerical accuracy for predicting the variances. Simplex algorithm which does not use the gradient information in optimization was used to convert constrained optimization into unconstrained one in robust optimization.
Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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v.9
no.4
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pp.71-80
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2006
The land area, which is on the inner side of the water line, is controlled to a certain degree due to the purposes of space utilities controllers' respective roles, but the sea area is not so much controlled as the land area. However, as interest in the security and utility of the marine space, as well as that in the consistent development of the land space, has increased, there has been increase of the requirement for information about marine data and environment. The object of this study, Busan, plays various roles such as a harbor and bay, a tourist resort, and a port unlike coastal seas of other areas, and thus needs systematic control because it has numerous environmental factors. However, there are limitations in the number of data about Busan coastal sea constantly provided while the acquisition of data from main points and many areas is important for the analysis of marine contamination in Busan coastal sea area. Thus, using nautical charts with numerical values in preparing increase of the demand of them according to the degree of information requirement for the analysis of the changes in coastal areas, this study constructs property data and space data by combining vertex data about Busan's 17 coastal sea areas provided by NFRDI, and tries to present the analytical techniques for grasping the environmental conditions and continuity of the coastal areas and methods of their utilities, using GIS Geostatistical Analysis Technique.
Kim, Kunwoo;Ryu, Seo-Yoon;Cheong, Cheolung;Seo, Seongjin;Jang, Cheolmin;Seol, Hanshin
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.39
no.6
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pp.524-532
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2020
In this study, noise radiated from a high-speed fan-motor unit for a cordless vacuum cleaner is reduced by designing splitter blades on the existing impeller. First of all, in order to investigate the flow field through a fan-motor unit, especially impeller, the unsteady incompressible Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations are numerically solved by using computational fluid dynamic technique. With predicted flow field results as input, the Ffowcs Williams-Hawkings (FW-H) integral equation is solved to predict aerodynamic noise radiated from the impeller. The validity of the numerical methods is confirmed by comparing the predicted sound pressure spectrum with the measured one. Further analysis of the predicted flow field shows that the strong vortex is formed between the impeller blades. As the vortex induces the loss of the flow field and acts as an aerodynamic noise source, supplementary splitter blades are designed to the existing impeller to suppress the identified vortex. The length and position of splitter are selected as design factors and the effect of each design factor on aerodynamic noise is numerically analyzed by using the Taguchi method. From this results, the optimum location and length of splitter for minimum radiated noise is determined. The finally selected design shows lower noise than the existing one.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.29
no.3
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pp.139-146
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2017
In order to understand the efficacy of submerged breakwater constructed for the beach protection, laboratory experiments were carried out by observing the characteristics of flow around a single shore-parallel submerged breakwater. The velocity field near the shoreline was measured by utilizing the LSPIV (Large-Scale Particle Image Velocimetry) technique, and mean surface and wave height distributions were observed around the submerged breakwater, according to various combinations of incident waves and submerged breakwaters. In this experiment, it was found that the mean flow pattern behind the submerged breakwater was determined by the balance among the gradients of mean water surface and excess wave-momentum flux (i.e., radiation stress tensors) which interact with the wave-induced current developed by the gradients on the rear and the side of the submerged breakwater. The divergent and convergent flow patterns behind the submerged breakwater (i.e., accretion and erosion response) of the numerical study of Ranasinghe et al.(2010) were observed in the measured velocity distributions, and their empirical formula mostly agreed with the experimental results. However, for some cases in this experiment, it was difficult to say that the flow pattern was one of them and was agreed with the empirical formula.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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