In this paper, a meshfree-enriched finite element method (ME-FEM) is introduced for the large deformation analysis of nonlinear path-dependent problems involving contact. In linear ME-FEM, the element formulation is established by introducing a meshfree convex approximation into the linear triangular element in 2D and linear tetrahedron element in 3D along with an enriched meshfree node. In nonlinear formulation, the area-weighted smoothing scheme for deformation gradient is then developed in conjunction with the meshfree-enriched element interpolation functions to yield a discrete divergence-free property at the integration points, which is essential to enhance the stress calculation in the stage of plastic deformation. A modified variational formulation using the smoothed deformation gradient is developed for path-dependent material analysis. In the industrial metal forming problems, the mortar contact algorithm is implemented in the explicit formulation. Since the meshfree-enriched element shape functions are constructed using the meshfree convex approximation, they pose the desired Kronecker-delta property at the element edge thus requires no special treatments in the enforcement of essential boundary condition as well as the contact conditions. As a result, this approach can be easily incorporated into a conventional displacement-based finite element code. Two elasto-plastic problems are studied and the numerical results indicated that ME-FEM is capable of delivering a volumetric locking-free and pressure oscillation-free solutions for the large deformation problems in metal forming analysis.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.9
no.1
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pp.77-99
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2017
Offshore oscillating water columns (OWC) represent one of the most promising forms of wave energy converters. The hydrodynamic performance of such converters heavily depends on their interactions with ocean waves; therefore, understanding these interactions is essential. In this paper, a fully nonlinear 2D computational fluid dynamics (CFD) model based on RANS equations and VOF surface capturing scheme is implemented to carry out wave energy balance analyses for an offshore OWC. The numerical model is well validated against published physical measurements including; chamber differential air pressure, chamber water level oscillation and vertical velocity, overall wave energy extraction efficiency, reflected and transmitted waves, velocity and vorticity fields (PIV measurements). Following the successful validation work, an extensive campaign of numerical tests is performed to quantify the relevance of three design parameters, namely incoming wavelength, wave height and turbine damping to the device hydrodynamic performance and wave energy conversion process. All of the three investigated parameters show important effects on the wave-pneumatic energy conversion chain. In addition, the flow field around the chamber's front wall indicates areas of energy losses by stronger vortices generation than the rear wall.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.17
no.6
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pp.1-10
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2013
In this paper, the main cause on excitation of the combustion instability which may occur in the hybrid rocket motor with a diaphragm was studied. Hybrid rocket motor propulsion tests considering various experimental conditions such as with a diaphragm or not, a diameter of diaphragm, oxidizer mass flow rate, fuel length, etc were performed, and the combustion visualization for the inside of a hybrid rocket motor with a diaphragm was performed. With these experimental results, it was confirmed that the main cause of a large excitation was the hole-tone, and it was shown that the hole-tone model can be predicted experimental primary pressure oscillation frequency quite well.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2017.05a
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pp.451-455
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2017
The reactive Eulerian-Lagrangian code is utilized to simulate combustion of ZPP/THPP in a closed vessel. In the paper, ignition delay of THPP is mainly studied since ZPP and THPP are isolated by a boron nitride wall. Only a numerical case study is conducted as experimental observation is inaccessible. Results showed THPP ignition delay affects initial shock strength thus not only the first peak become weak, but also the frequency of a pressure oscillation is slowed.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.3
no.1
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pp.58-66
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2010
A steam control valve is used to control the flow from the steam generator to the steam turbine in thermal and nuclear power plants. During startup and shutdown of the plant, the steam control valve is operated under a partial flow conditions. In such conditions, the valve opening is small and the pressure deference across the valve is large. As a result, the flow downstream of the valve is composed of separated unsteady transonic jets. Such flow patterns often cause undesirable large unsteady fluid force on the valve head and downstream pipe system. In the present study, various flow patterns are investigated in order to understand the characteristics of the unsteady flow around the valve. Experiments are carried out with simplified two-dimensional valve models. Two-dimensional unsteady flow simulations are conducted in order to understand the experimental results in detail. Scale effects on the flow characteristics are also examined. Results show three types of oscillating flow pattern and three types of static flow patterns.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.13
no.10
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pp.2235-2241
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2009
RFID and USN are major technology in Ubiquitous. RFID is an automatic identification method, relying on storing and remotely retrieving data using devices called RFID tags or transponders through RFID reader. USN is wireless sense network and monitoring environment conditions that is temperature, noise, pressure, oscillation. In this paper, we propose wireless sensor network system that is monitoring to optimize environment conditions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.3
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pp.1083-1095
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1996
Shock wave/boundary layer interaction frequently causes the shock wave to oscillate violently and thus the global flow field to unstabilize. In order to stabilize the shock wave system in the diffuser of a supersonic wind tunnel, the present study attempted to control the shock oscillations by using a passive control. A porous wall with the porosity of 19.6% was mounted on a shallow cavity. Experiment was made by means of schlieren optical observation and wall pressure measurements. The flow Mach number just upstream the shock system and Reynolds number based on the turbulent boundary layer thickness were 2.1 and 1.8 * 10$\^$6/, respectively. The results show that the present passive control method on the shock wave/boundary layer interaction in the supersonic diffuser can significantly suppress the oscillations of shock system, especially when the shock system locates at the porous wall.
Chung, B.D.;Lee, Y.J.;Park, C.E.;Choi, C.J.;Hwang, T.S.
Nuclear Engineering and Technology
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v.26
no.2
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pp.265-276
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1994
Several improvements to the RELAP5/MOD3 reflood model hate been made. These improvement were made to correct deficiencies in the reflood model identified by the assessment of the RELAP5/MOD3 code against FLECHT-SEASET experiments. The improvements consist of modification of reflood wall heat transfer package and adjusting the droplet size in dispersed flow regime. The time smoothing of wall vaporization and level tracking of transition flow are also added to eliminate the pressure spikes and level oscillation during reflood process. Assessment of the improved model against FLECHT-SEASET experimental data and application of LBLOCA analysis for plant shows that the deficiencies have been corrected.
Choi Byeong Cheol;Jeong Do Un;Shon Jung Man;Yae Su Yung;Kim Ho Jong;Lee Hyun Cheol;Kim Yun Jin;Jung Dong keun;Yi Sang Hun;Jeon Gye Rok
Journal of Biomedical Engineering Research
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v.25
no.6
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pp.565-573
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2004
In this paper, we proposed a heart activity control model for simulation of the aortic sinus baroreceptor, which was the most representative baroreceptor sensing the variance of pressure in the cardiovascular system. And then, the heart activity control model composed electric circuit model of the cardiovascular system with baroreflex control and time delay sub-model to observe the effect of time delay in heart period and stroke volume under the regulation of baroreflex in the aortic sinus. The mechanism of time delay in the heart activity baroreflex control model is as follows. A control function is conduct sensing pressure information in the aortic sinus baroreceptor to transmit the efferent nerve through central nervous system. As simulation results of the proposed model, we observed three patterns of the cardiovascular system variability by the time delay. First of all, if the time delay over 2.5 second, aortic pressure and stroke volume and heart rate was observed non-periodically and irregularly. However, if the time delay from 0.1 second to 0.25 second, the regular oscillation was observed. And then, if time delay under 0.1 second, then heart rate and aortic pressure-heart rate trajectory were maintained in stable state.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2003.05a
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pp.32-33
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2003
Mechanism of a periodic oscillation of shock-induced combustion over a two- dimensional wedges and axi-symmetric cones were investigated through a series of numerical simulations at off-attaching condition of oblique detonation waves(ODW). A same computational domain over 40 degree half-angle was considered for two-dimensional and axi-symmetric shock-induced combustion phenomena. For two-dimensional shock-induced combustion, a 2H2+02+17N2 mixture was considered at Mach number was 5.85with initial temperature 292 K and initial pressureof 12 KPa. The Rankine-Hugoniot relation has solution of attached waves at this condition. For axi-symmetric shock-induced combustion, a H2+2O2+2Ar mixture was considered at Mach number was 5.0 with initial temperature 288 K and initial pressure of 200 mmHg. The flow conditions were based on the conditions of similar experiments and numerical studies.[1, 3]Numerical simulation was carried out with a compressible fluid dynamics code with a detailed hydrogen-oxygen combustion mechanism.[4, 5] A series of calculations were carried out by changing the fluid dynamic time scale. The length wedge is varied as a simplest way of changing the fluid dynamic time scale. Result reveals that there is a chemical kinetic limit of the detached overdriven detonation wave, in addition to the theoretical limit predicted by Rankine-Hugoniot theory with equilibrium chemistry. At the off-attaching condition of ODW the shock and reaction waves still attach at a wedge as a periodically oscillating oblique shock-induced combustion, if the Rankine-Hugoniot limit of detachment isbut the chemical kinetic limit is not.Mechanism of the periodic oscillation is considered as interactions between shock and reaction waves coupled with chemical kinetic effects. There were various regimes of the periodicmotion depending on the fluid dynamic time scales. The difference between the two-dimensional and axi-symmetric simulations were distinct because the flow path is parallel and uniform behind the oblique shock waves, but is not behind the conical shock waves. The shock-induced combustion behind the conical shockwaves showed much more violent and irregular characteristics.From the investigation of characteristic chemical time, condition of the periodic instability is identified as follows; at the detaching condition of Rankine-Hugoniot theory, (1) flow residence time is smaller than the chemical characteristic time, behind the detached shock wave with heat addition, (2) flow residence time should be greater than the chemical characteristic time, behind an oblique shock wave without heat addition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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