Porous metals are called as a new material of 21th century because they show not only extremely low density, but also novel physical, thermal, mechanical, electrical, and acoustic properties. Since the late in the 1990's, considerable progress has been made in the production technologies of many kinds of porous metals such as aluminum, titanium, nickel, copper, stainless steel, etc. The commercial applications of porous metals have been increased in the field of light weight structures, sound absorption, mechanical damping, bio-materials, thermal management for heat exchanger and heat sink. Especially, the porous metals are promising in automotive applications for light-weighting body sheets and various structural components due to the good relation between weight and stiffness. This paper reviews the recent progress of production techniques using molten metal bubbling, metal foaming, gas expansion, hollow sphere structure, unidirectional solidification, etc, which have been commercialized or under developing, and finally introduces several case studies on the potential applications of porous metals in the area of heat sink, automotive pannel, cathod for Ni-MH battery, golf putter and medical implant.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.11
no.2
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pp.234-242
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1987
The solution of shape design problems based on variational analysis has been approached by using the domain adaptive method. The objective of the structural shape design is to minimize the weight within a bound on local stress measure, or to minimize the maximum local stress measure within a bound on the weight. A derived optimality condition in both design problems requires that the unit mutual energy has constant value along the design boundary. However, the condition for constant stress on the design boundary was used in computation since the computed mutual energy oscillates severely on the boundary. A two step iteration scheme using domain adaptation was presented as a computational method to slove the example designs of elastic structures. It was also shown that remeshing by grid adaptation was effective to reduce oscillatory behavior on the design boundary.
The local structural and thermodynamical properties of blends A-B/H of a diblock copolymer A-B and a homopolymer H are studied using the polymer reference interaction site model (RISM) integral equation theory with the mean-spherical approximation closure. The random phase approximation (RPA)-like static scattering function is derived and the interaction parameter is obtained to investigate the phase transition behaviors in A-B/H blends effectively. The dependences of the microscopic interaction parameter and the macrophase-microphase separation on temperature, molecular weight, block composition and segment size ratio of the diblock copolymer, density, and concentration of the added homopolymer, are investigated numerically within the framework of Gaussian chain statistics. The numerical calculations of site-site interchain pair correlation functions are performed to see the local structures for the model blends. The calculated phase diagrams for A-B/H blends from the polymer RISM theory are compared with results by the RPA model and transmission electron microscopy (TEM). Our extended formal version shows the different feature from RPA in the microscopic phase separation behavior, but shows the consistency with TEM qualitatively. Scaling relationships of scattering peak, interaction parameter, and temperature at the microphase separation are obtained for the molecular weight of diblock copolymer. They are compared with the recent data by small-angle neutron scattering measurements.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.31
no.4
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pp.109-118
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1994
In this study, an optimization method to design the hull structure of the surface effect ships with twin hulls is proposed for the purpose of minimization of weight based on the regulations of DnV class, and computer programs following the method are developed. The method uses simple formulas as to bending and buckling strength of beams and plates to design local structures, and considers the effect of interaction between longitudinal girders and transverse web frames by grillage analysis and calculates torsional strength of the cross structure by the simplified method. Global optimization of the midship section is attained by integration of optimized substructures. According to optimized results by applying the method to the designed ship, reduction of 20 percent of hull weight can be shown, and optimum transverse frame space can be obtained.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.20
no.4
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pp.31-38
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2021
In this paper, we proposed an optimal design for determining the shape of a lifting lug freely by applying a multivariate function to the D-type lug, which is commonly used in shipyards. We derived the optimal aspect ratio of the lug through structural analysis and analyzed the safety and behavior of the lug aspect ratio. As a result, two types of final candidates, both lighter than the existing lug weight, were suitable for the ratio. They were found to have the greatest force at an angle of 45 degrees when a load of 100 tons was imposed. When the horizontal and vertical feature ratio of the lug was 1:3, it showed excellent results in terms of safety rates while maintaining weight reduction and functional aspects.
In this study, a process is proposed to calculate analytical correction values for the vertical shortening of all columns on all floors in a high-rise building that minimizes the error between the structural analysis predictions and values measured during construction. The weight ratio and the most probable value were accordingly considered based on the properties of the shortening value analyzed at several points in each construction stage and the distance between these measured points and unmeasured points at which the shortening was predicted. The effective range and shortening value normalization were considered using the column grouping concept. These tools were applied to calculate the error ratio between the predicted and measured values on a floor where a measured point exists, and then determine the estimated error ratio and estimated error value for the unmeasured point using this error ratio. At points on a floor where no measured point exists, the estimated error ratio and the estimated error value were calculated by applying the most probable value considering the weight ratio for the nearest floor where measured points exist. In this manner, the error values and estimated error values can be determined at all points in a structure. Then, the analytical correction value, defined as this error or estimated error value, was applied by adding it to the predicted value. Finally, the adequacy of the proposed correction method was verified against measurements by applying the analytical corrections to all unmeasured points based on the points where the measurement exists.
The design of safe and economical structures depends on the reliable live load from load survey. Live load surveys are traditionally conducted by randomly selecting rooms and weighing each item on-site, a method that has problems of low efficiency, high cost, and long cycle time. This paper proposes a deep learning-based method combined with Internet big data to perform live load surveys. The proposed survey method utilizes multi-source heterogeneous data, such as images, voice, and product identification, to obtain the live load without weighing each item through object detection, web crawler, and speech recognition. The indoor objects and face detection models are first developed based on fine-tuning the YOLOv3 algorithm to detect target objects and obtain the number of people in a room, respectively. Each detection model is evaluated using the independent testing set. Then web crawler frameworks with keyword and image retrieval are established to extract the weight information of detected objects from Internet big data. The live load in a room is derived by combining the weight and number of items and people. To verify the feasibility of the proposed survey method, a live load survey is carried out for a meeting room. The results show that, compared with the traditional method of sampling and weighing, the proposed method could perform efficient and convenient live load surveys and represents a new load research paradigm.
Mohammad Sadegh Tayebi;Sattar Jedari Salami;Majid Tavakolian
Structural Engineering and Mechanics
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v.85
no.4
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pp.445-459
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2023
The current investigation is the first endeavor to apply the full layerwise finite element method (FEM) in free vibration analysis of functionally graded (FG) composite plates reinforced with graphene nanoplatelets (GPLs) in thermal environment. Unlike the equivalent single-layer (ESL) theories, the layerwise FEM focuses on all three-dimensional (3D) effects. The GPLs weight fraction is presumed invariable in each layer but varies through the plate thickness in a layerwise model. The modified Halpin-Tsai model is employed to acquire the effective Young's modulus. The rule of mixtures is applied to specify the effective Poisson's ratio and mass density. First, the current method is validated by comparing the numerical results with those stated in the available works. Next, a thorough numerical study is performed to examine the influence of various factors involving the pattern of distribution, weight fraction, geometry, and size of GPLs, together with the thickness-to-span ratio, thermal environment, and boundary conditions of the plate, on its free vibration behaviors. Numerical results demonstrate that employing a small percentage of GPL as reinforcement considerably grows the natural frequencies of the pure epoxy. Also, distributing more square-shaped GPLs, involving a smaller amount of graphene layers, and vicinity to the upper and lower surfaces make it the most efficient method to enhance the free vibration behaviors of the plate.
This paper proposes a composite form of fuzzy adaptive control plan based on a robust observer. The fuzzy 2D control gains are regulated by the parameters in the LMIs. Then, control and learning performance indices with weight matrices are constructed as the cost functions, which allows the regulation of the trade-off between the two performance by setting appropriate weight matrices. The design of 2D control gains is equivalent to the LMIs-constrained multi-objective optimization problem under dual performance indices. By using this proposed smart tracking design via fuzzy nonlinear criterion, the data link can be further extended. To evaluate the performance of the controller, the proposed controller was compared with other control technologies. This ensures the execution of the control program used to track position and trajectory in the presence of great model uncertainty and external disturbances. The performance of monitoring and control is verified by quantitative analysis. The goals of this paper are towards access to adequate, safe and affordable housing and basic services, promotion of inclusive and sustainable urbanization and participation, implementation of sustainable and disaster-resilient buildings, sustainable human settlement planning and manage. Therefore, the goal is believed to achieved in the near future by the ongoing development of AI and control theory.
The use of basalt fibers in various types of fiber-reinforced mortars has been increasing. One of the factors that expands the use of basalt fibers is that it is a natural fiber and therefore the production costs are lower than fibers such as PVA fiber. Basalt fibers have some drawbacks such as reducing the workability of mortars in which basalt fibers are added due to their structure, and negatively affecting the mechanical properties when used above a certain proportional amount depending on the type of mixture. For this purpose, in this study, as a different application, the surface of basalt fibers with different lengths (6 and 12 mm) was treated with Triton X-100 surfactant, and these disadvantages were tried to be reduced. In the study, a two-step method was followed. In the first one, the effectiveness of adding untreated and treated basalt fiber at 1, 1.25, 1.5, 1.75 and 2% by weight to the mortar mixtures was determined by conducting flow spread and flow rate as fresh mortar characteristics. In the second one, microstructural characterization and mechanical tests were performed as hardened mortar properties. The results showed that the flow characteristics of basalt fiber reinforced mortars treated with surfactant improved compared to untreated basalt fiber reinforced mortars. In terms of mechanical properties, the addition of 2% treated basalt fiber by weight to the mixtures allowed to obtain %18, %12, and%48 higher values of compressive, flexural, and tensile strength values, respectively, compared to the same amount of untreated basalt fiber mixtures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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