The flow of liquids submerged with nanoparticles is of significance to industrial applications, specifically in nuclear reactors and the cooling of nuclear systems to improve energy efficiency. The application of nanofluids in water-cooled nuclear systems can result in a significant improvement of their economic performance and/or safety margins. Therefore, in this paper, Marangoni thermal convective boundary layer dusty nanoliquid flow across a flat surface in the presence of solar radiation is studied. A two phase dusty liquid model is considered. Unlike classical temperature-dependent heat source effects, an exponential space-dependent heat source aspect is considered. Stretching variables are utilized to transform the prevailing partial differential system into a nonlinear ordinary differential system, which is then solved numerically via the Runge-Kutta-Fehlberg approach coupled with a shooting technique. The roles of physical parameters are focused in momentum and heat transport distributions. Graphical illustrations are also used to consider local and average Nusselt numbers. We examined the results under both linear and quadratic variation of the surface temperature. Our simulations established that the impact of Marangoni flow is useful for an enhancement of the heat transfer rate.
The semi-analytical method to study the nonlinear dynamic behavior of simply supported spiral stiffened functionally graded (FG) cylindrical shells subjected to an axial compression is presented. The FG shell is surrounded by damping and linear/nonlinear elastic foundation. The proposed linear model is based on the two-parameter elastic foundation (Winkler and Pasternak). A three-parameter elastic foundation with hardening/softening cubic nonlinearity is used for nonlinear model. The material properties of the shell and stiffeners are assumed to be FG. Based on the classical plate theory of shells and von $K{\acute{a}}rm{\acute{a}}n$ nonlinear equations, smeared stiffeners technique and Galerkin method, this paper solves the nonlinear vibration problem. The fourth order Runge-Kutta method is used to find the nonlinear dynamic responses. Results are given to consider effects of spiral stiffeners with various angles, elastic foundation and damping coefficients on the nonlinear dynamic response of spiral stiffened simply supported FG cylindrical shells.
Ajri, Masoud;Rastgoo, Abbas;Fakhrabadi, Mir Masoud Seyyed
Structural Engineering and Mechanics
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v.70
no.5
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pp.623-637
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2019
This paper analyzes the non-stationary vibration and super-harmonic resonances in nonlinear dynamic motion of viscoelastic nano-resonators. For this purpose, a new coupled size-dependent model is developed for a plate-shape nano-resonator made of nonlinear viscoelastic material based on modified coupled stress theory. The virtual work induced by viscous forces obtained in the framework of the Leaderman integral for the size-independent and size-dependent stress tensors. With incorporating the size-dependent potential energy, kinetic energy, and an external excitation force work based on Hamilton's principle, the viscous work equation is balanced. The resulting size-dependent viscoelastically coupled equations are solved using the expansion theory, Galerkin method and the fourth-order Runge-Kutta technique. The Hilbert-Huang transform is performed to examine the effects of the viscoelastic parameter and initial excitation values on the nanosystem free vibration. Furthermore, the secondary resonance due to the super-harmonic motions are examined in the form of frequency response, force response, Poincare map, phase portrait and fast Fourier transforms. The results show that the vibration of viscoelastic nanosystem is non-stationary at higher excitation values unlike the elastic ones. In addition, ignoring the small-size effects shifts the secondary resonance, significantly.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.19
no.11
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pp.49-57
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2020
The forced vibration characteristics for two impulse forces with time lag was discussed in the vehicle dull progress model. Detailed numerical analyses of the time domain were performed systematically. By the two exciting impulse forces, the responses of displacement, the velocity, and the acceleration were investigated in detail for the vehicle's vibration. Notably, the forced vibration responses in the time domain can be used to identify and monitor several vehicle vibration models. In order to define the responses of displacement, the velocity, and the acceleration, we applied a numerical technique (i.e., the Runge-Kutta-Gill method[1,2]). These variables were subsequently used to analyze the vehicle's vibration according to the time lapse and while it passed over a bump stock; moreover, the characteristics of the variables were analyzed in detail according to their force conditions. Finally, the intrinsic characteristics of the forced vibration were discussed in the context of the automobile model. Overall, our results indicate that the tested method can be successfully applied under different damped conditions.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.57
no.5
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pp.271-277
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2020
Recoverability and vulnerability of navy ships under underwater explosion are critical verification factors in the acquisition phase of navy ships. This paper aims to establish numerical analysis techniques for the underwater explosion of navy ships. Doubly Asymptotic Approach (DAA) Equation of Motion (EOM) of primary shock wave and secondary bubble pulse proposed by Geers-Hunter was introduced. Assuming a non-compressive fluid, reference solution of the DAA EOM of Geers-Hunter using Runge-Kutta method was derived for the secondary bubble pulse phase with an assumed charge conditions. Convergence analyses to determine fluid element size were performed, suggesting that the minimum fluid element size for underwater explosion analysis was 0.1 m. The spherical and cylindrical fluid domains were found to be appropriate for the underwater explosion analyses from the fluid domain shape study. Because the element size of 0.1 m was too small to be applied to the actual navy ships, a very slender beam with the square solid section was selected for the study of fluid domain existence effect. The two underwater explosion models with/without fluid domain provided very similar results in terms of the displacement and stress processes.
Proceedings of the Korean Society for Agricultural Machinery Conference
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1993.10a
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pp.443-452
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1993
Direct freezing tests of soybean seed by liquid nitrogen were carried out at various moisture contents and the following important conclusions were drawn from the results of temperature measurements of soybean seed and photographs of bubbles generated on its surface : 1) Assuming that the temperature gradient in a soybean seed is negligible because of its small seed size and the freezing ratio is followed the Heiss's formula, and a differential equation based on the heat energy balance was introduced . The equation was easily solved by the Runge-Kutta-Gill method and the predicted values of the temperature were in good agreement with the observed data. 2) The photographs of bubble generation during freezing showed the boiling mode was nucleate, and then the most suitable formula on the nucleate boiling heat transfer was introduced from many formulate proposed up to now by fitting the calculated values based on the formula to the observed data. The formula used for the predict on of the seed temperature was as follows: $\frac{{\partial}T_s}{\partial\theta}\;=\;-\frac{{\alpha}(T_s\;-\;T_L)^{3.3}}{W(C_s\;-\;\frac{{\delta}m(CT_s\;+\;{\sigma})}{T_s^2})}$ where C = difference of the specific heat between pure ice and water m=moisture content of soybean seed $T_s$ = seed temperature $T_L$ = Temperature of liquid nitrogen W = mass of soybean seed $\alpha$ = proportional constant $\delta$ = constant depends on variety or the type of seed $\theta$ = time $\sigma$ = latent heat of melting of pure ice This study will give important information in the hydro-freezing technique by liquid nitrogen, available as a new technique of processing agricultural products in the near future.
Chlorine bulk decay tests were carried out by bottle test under controlled conditions in a laboratory. Experiments were performed at different temperatures: $5^{\circ}C$, $15^{\circ}C$, $25^{\circ}C$, and the water temperatures when samples were taken from the effluent just before entering to its distribution system. 38 bulk tests were performed for water of Al (water treatment plant), 4 bulk tests for A2 (large service reservoir), and A3(pumping station). Residual chlorine concentrations in the amber bottles were measured over time till about 100 hours and bulk decay coefficients were evaluated by assuming first-order, parallel first-order, second-order. and $n^{th}-order$ reaction. The $n^{th}-order$ coefficients were obtained using Fourth-order Runge-Kutta Method. A good-fit by the average coefficient of determination ($R^2$) was first-order ($R^2=0.90$) < parallel first-order ($R^2{_{fast}}=0.92$, $R^2{_{slow}}=0.95$) < second-order ($R^2=0.95$) < $n^{th}-order$ ($R^2=0.99$). But if fast reaction of parallel first-order bulk decay were applied to the effluent of large service reservoir with ca. 20 hours of travel time and slow reaction in the water distribution system following the first 20 hours, parallel first-order bulk decay would be best and easy for application of water quality modeling technique.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.13
no.3
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pp.259-259
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2003
Genetic algorithms using a Process of genetic evolution of an organism are appropriate for hard problems that have not been solved by any deterministic method. Up to now, the controller design method has been made with the frequency dependent specification but the design method with the time specification has gotten little progress. In this paper, we study the controller design to satisfy the performance of a plant using the generalized Manabe standard form. When dealing with a controller design in the case of two parameter configurations, there are some situations that neither a known pseudo inverse technique nor the inverse method can be applicable. In this case, we propose two methods of designing a controller by the gradient algorithm and the new pseudo inverse method so that the desired closed polynomials are either equalized to or approximated to the designed polynomial. Design methods of the proposed controller are implemented in Java.
The present research delves into the analysis of nonlinear free and forced vibrations of porous functionally graded (FG) shallow shells reinforced with oblique stiffeners, which are embedded in a nonlinear elastic foundation (NEF) subjected to external excitation. Two distinct types of PFG shallow shells, characterized by even and uneven porosity distribution along the thickness direction, are considered in the research. In order to model the stiffeners, Lekhnitskii's smeared stiffeners technique is implemented. With the stress function and first-order shear deformation theory (FSDT), the nonlinear model of the oblique stiffened shallow shells is established. The strain-displacement relationships for the system are derived via the FSDT and utilization of the von-Kármán's geometric assumptions. To discretize the nonlinear governing equations, the Galerkin method is employed. The model such developed allows analysis of the effects of the stiffeners with various angles as desired, in addition to the quantitative investigation on the influence of the surrounding nonlinear elastic foundations. To numerically solve the problem of vibrations, the 4th-order P-T method is used, as this method, known for its enhanced accuracy and reliability, proves to be an effective choice. The validation of the present research findings includes a comprehensive comparison with outcomes documented in existing literature. Additionally, a comparative analysis of the numerical results against those obtained using the 4th Runge-Kutta method is performed. The impact of stiffeners with varying angles and material parameters on the vibration characteristics of the present system is also explored. The researchers and engineers working in this field may use the results of this study as benchmarks in their design and research for the considered shell systems.
We introduce in this paper a new method for smooth foldover-free warping of images, based on the vector field deformation technique proposed by Von Funck et al. It allows users to specify the constraints in two different ways: positional constraints to constrain the position of a point in the image and gradient constraints to constrain the orientation and scaling of some parts of the image. From the user-specified constraints, it computes in the image domain a C1-continuous velocity vector field, along which each pixel progressively moves from its original position to the target. The target positions of the pixels are obtained by solving a set of partial derivative equations with the 4th order Runge-Kutta method. We show how our method can be useful for texture mapping with hard constraints. We start with an unconstrained planar embedding of a target mesh using a previously known method (Least Squares Conformal Map). Then, in order to obtain a texture map that satisfies the given constraints, we use the proposed warping method to align the features of the texture image with those on the unconstrained embedding. Compared to previous work, our method generates a smoother texture mapping, offers higher level of control for defining the constraints, and is simpler to implement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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